BR112017003386B1

BR112017003386B1 - Aparelho para gerir um sistema elétrico e método para controlar um sistema elétrico

Info

Publication number: BR112017003386B1
Application number: BR112017003386-0A
Authority: BR
Inventors: David A. Eldridge; Brandon J. Rogers; Maximilian A. Mueller; Ronald L. Thompson
Original assignee: Eaton Intelligent Power Limited
Priority date: 2014-09-04
Filing date: 2015-04-06
Publication date: 2022-08-09
Also published as: MX2017002146A; WO2016036419A1; CA2959590A1; CA2959590C; CN106688155B; CN106688155A; RU2690008C1; EP3189572A1; BR112017003386A2

Abstract

Um aparelho (215) para gerir um sistema elétrico (200) inclui um disjuntor principal (220), estruturado para ser acoplado a uma fonte de concessionária (205), um disjuntor LER (240), estruturado para ser acoplado a uma fonte de geração local (245), uma série de disjuntores de derivação (230), cada um dos disjuntores de derivação sendo estruturado para ser acoplado a uma ou mais cargas (235) e um componente de controle (250). O componente de controle é estruturado para, em resposta a uma determinação de que a fonte da concessionária está experimentando uma queda de energia: fazer com que o disjuntor principal seja aberto, determinar que um ou mais da série de disjuntores de derivação devem receber energia de backup a partir da fonte de geração local, fazer com que os disjuntores de derivação sejam configurados de tal modo que apenas o um ou mais do número determinado de disjuntores de derivação esteja em uma condição fechada, e fazer com que a fonte de geração local seja ativada.

Description

Fundamentos Campo

[0001] O conceito divulgado refere-se geralmente a sistemas de distribuição eléctricos e, mais particularmente, a um sistema e método para comutar um sistema elétrico, como um sistema elétrico residencial, a uma fonte de geração local durante uma queda de energia da fonte do fornecedor principal que não emprega um comutador de transferência automático ou aparelhos semelhantes.

Informações Antecedentes

[0002] Uma fonte de energia distribuída, também por vezes referida como uma fonte de geração local ou um recurso de energia local, é um mecanismo de geração de energia em pequena escala usado para fornecer uma alternativa ou um aprimoramento do sistema de energia elétrica tradicional. As fontes de energia distribuídas incluem, por exemplo, e sem limitação, módulos fotovoltaicos (PV) (acoplados a um conversor CC/CA), módulos de turbinas eólicas (acoplados a um conversor CC/CA), turbinas a gás natural, geradores de backup, armazenamento de energia, e fontes de alimentação ininterrupta.

[0003] Quando os módulos PV, geradores e/ou outras fontes de geração local como acabamos de descrever são instalados em um local, como uma residência, eles não estão autorizados a produzir energia durante uma queda de energia elétrica a menos que eles sejam isolados da rede elétrica. Essa restrição está em vigor, a fim de evitar que a energia seja alimentada de volta pela fonte de geração local para a rede durante a queda de energia, uma condição que pode representar um perigo para os trabalhadores que trabalham na rede.

[0004] Tipicamente, este problema é resolvido através do emprego de um sistema 100, como mostrado na FIG. 1 que utiliza um comutador de transferência automático (ATS) para garantir uma transição segura para uma fonte de geração local durante a queda de energia. Como é conhecido na técnica, um ATS é um comutador elétrico que comuta uma carga entre duas fontes. Como pode ser visto na FIG. 1, o sistema 100 inclui uma fonte da concessionária 105, um medidor principal 110, e um centro de carga 115 acoplado ao medidor principal 110 para receber energia a partir da fonte da concessionária 105. Centro de carga 115 inclui uma série de disjuntores convencionais, incluindo um disjuntor principal convencional 120, uma série de disjuntores de derivação convencionais 125, e um disjuntor da fonte de energia local convencional (LER) 130 (que é apenas um disjuntor convencional acoplado a uma fonte de geração local, conforme descrito abaixo). Como pode ser visto na FIG. 1, disjuntores derivados convencionais 125A e 125B são acoplados a e fornecem proteção para um número de cargas “não críticas” 130 (ou seja, cargas que foram determinadas com antecedência não serem configuradas para receber energia de backup no caso de uma falha de energia da concessionária). O disjuntor de derivação convencional restante, marcado como 125C, é acoplado a um ATS 135 (ou, alternativamente, outro dispositivo de comutação, como um comutador de transferência manual). A saída do ATS 135 é fornecida a um painel de sub 140, que por sua vez alimenta um número de cargas “críticas” predeterminadas 145 (ou seja, cargas que foram determinadas com antecedência para serem configuradas para receber energia de backup no caso de uma falha de energia da concessionária). Além disso, o sistema 100 inclui uma fonte de geração local 150, a qual pode ser, por exemplo, e sem limitação, um módulo PV acoplado a um inversor, ou qualquer outra fonte de energia distribuída adequada. A saída da fonte de geração local 150 é fornecida para ATS 135 e uma ligação elétrica desconecta 155. Assim, ATS 135 tem duas entradas, nomeadamente uma saída recebida a partir do disjuntor de derivação convencional 125C e uma saída recebida da fonte de geração local 150, e uma única saída, que pode ser selecionada entre as 2 entradas.

[0005] Em operação, em condições normais de operação, em que fonte da concessionária 105 não está enfrentando uma queda de energia, comutador de transferência automático 135 está configurado de uma maneira em que a entrada recebida do disjuntor de derivação convencional 125 é acoplada à saída fornecida ao subpainel 140. Além disso, em tais condições normais, a desconexão da grade elétrica 155 está fechada para permitir que a fonte de geração local 150 forneça energia de volta para a fonte da concessionária 105. Quando a fonte da concessionária 105 apresenta uma queda de energia, a desconexão da ligação elétrica 155 está aberta a fim de isolar a fonte da geração local 150 do centro de carga 115 e fonte da concessionária 105, e, portanto, proteger todos os trabalhadores que podem estar trabalhando na rede elétrica. Uma vez que a desconexão da grade elétrica 155 está aberta, o comutador de transferência automático 135 pode ser comutado para uma configuração em que a entrada recebida da fonte de geração local 150 é acoplada à saída fornecida ao subpainel 140. Como resultado, durante uma tal condição de interrupção, cargas críticas predeterminadas 145 são capazes de receber energia da fonte de geração local 150.

[0006] Embora o sistema 100 descrito acima seja eficaz, este introduz uma camada extra de custo e complexidade ao sistema elétrico residencial. Além disso, o sistema 100 é restrito na medida em que deve ser dimensionado e configurado antecipadamente com base em perfis de carga predeterminados, ou seja, os perfis de carga de certas cargas predeterminadas que devem ser alimentadas por uma fonte de geração local 150 durante uma interrupção. Como será apreciado, isso elimina qualquer flexibilidade para determinar quais cargas serão alimentadas pela fonte de geração local 150.

Sumário

[0007] Numa modalidade, um aparelho para a administração de um sistema elétrico é fornecido. O aparelho inclui um disjuntor principal estruturado para ser acoplado a uma fonte de concessionária, um disjuntor LER estruturado para ser acoplado a uma fonte de geração local, uma série de disjuntores de derivação, cada um dos disjuntores de derivação sendo estruturado para ser acoplado a uma ou mais cargas e um componente de controle. O componente de controle é estruturado para, em resposta a uma determinação de que a fonte da concessionária está experimentando uma queda de energia: fazer com que o disjuntor principal seja aberto, determinar que um ou mais da série de disjuntores de derivação estejam recebendo energia de backup a partir da fonte de geração local, fazer com que os comutadores de derivação sejam configurados de tal modo que apenas o um ou mais determinados da série de disjuntores de derivação estejam numa condição fechada, e fazer com que a fonte de geração local seja ativada.

[0008] Em uma outra modalidade, é proporcionado um método para controlar um sistema elétrico que inclui um disjuntor principal fornecido em um centro de carga e acoplado a uma fonte da concessionária, um disjuntor LER fornecido no centro da carga e acoplado a uma fonte de geração local, e uma série de disjuntores de derivação fornecida no centro da carga e sendo cada um deles acoplado a uma ou mais cargas. O método compreendendo incluir a determinação no centro da carga que a fonte da concessionária está experimentando uma queda de energia, em resposta à determinação de que a fonte da concessionária está experimentando a falta de energia, fazendo com que o disjuntor principal seja aberto, fornecendo primeiro informações de comunicação ao disjuntor principal, determinando que um ou mais da série de disjuntores de derivação devem receber energia de backup a partir da fonte de geração local, fazendo com que os disjuntores de derivação sejam configurados de tal modo que apenas os um ou mais determinados da série de disjuntores de derivação se encontrem em um estado fechado, fornecendo segunda informação de comunicação para disjuntores que não os um ou mais da série de disjuntores de derivação, e fazendo com que a fonte de geração local de disjuntores de derivação seja ativada através do fornecimento da terceira informação de comunicação com a fonte de geração local.

Breve descrição dos desenhos

[0009] Uma compreensão completa do conceito divulgado pode ser adquirida a partir da seguinte descrição das modalidades preferidas, quando lidas em conjunto com os desenhos anexos, nos quais:

[0010] A FIG. 1 é um diagrama esquemático de um sistema da técnica anterior que utiliza um comutador de transferência automático para garantir uma transição segura para uma fonte de geração local durante uma queda de energia;

[0011] A FIG. 2 é um diagrama esquemático de um sistema para assegurar uma transição segura a uma fonte de geração local durante uma falha de energia de acordo com uma modalidade exemplificativa da presente invenção;

[0012] A FIG. 3 é um fluxograma que mostra um método de controle para o sistema da FIG. 2 de acordo com uma modalidade exemplificativa da presente invenção;

[0013] As FIGS. 4 a 7 são diagramas de um disjuntor exemplificativo que pode ser utilizado para implementar o sistema da FIG. 2 e a metodologia da FIG. 3. Descrição detalhada das modalidades preferidas

[0014] As frases direcionais aqui utilizadas como, por exemplo, esquerda, direita, frontal, posterior, superior, inferior e derivadas destas, se referem à orientação dos elementos mostrados nos desenhos e não são limitantes das reivindicações, a menos que expressamente mencionado nas mesmas.

[0015] Como empregado aqui, o termo “número” deve significar um ou um inteiro maior do que um (isto é, uma pluralidade).

[0016] Como empregado aqui, a afirmação de que duas ou mais partes são “acopladas” em conjunto significa que as partes são unidas entre si diretamente ou ligadas através de uma ou mais partes intermediárias.

[0017] Como aqui utilizado, o termo “componente” pretende referir-se a uma entidade relacionada ao computador, hardware, uma combinação de hardware e software, software ou software em execução. Por exemplo, um componente pode ser, mas não está limitado a ser, um processo em execução em um processador, um processador, um objeto, um executável, um segmento de execução, um programa e/ou um computador. Por meio de ilustração, ambos um aplicativo em execução em um processador ou um servidor e o processador podem ser um componente. Um ou mais componentes podem residir dentro de um processo e/ou segmento de execução, e um componente pode estar localizado em um computador/processador e/ou distribuído entre dois ou mais computadores/processadores.

[0018] A FIG. 2 é um sistema de distribuição de energia elétrica 200 de acordo com uma modalidade não limitativa, exemplar do conceito divulgado. Como descrito aqui em mais detalhes, o sistema 200 inclui um sistema de disjuntores controlável (e na modalidade exemplar, com capacidade de medição) incluindo um disjuntor principal e um subconjunto de disjuntores de derivação a jusante do disjuntor do circuito principal. O sistema 200 implementa uma metodologia de controle (ilustrada na FIG. 3 e descrita em detalhes em relação à mesma) que permite que uma fonte de geração local, tal como, sem limitação, um módulo PV acoplado a um inversor, para ser colocado de forma segura em uso durante uma condição de queda de energia, sem a necessidade de utilizar um ATS, como ATS 135 mostrado na FIG. 1, ou dispositivo de comutação semelhante. Como descrito aqui em mais detalhes, na modalidade exemplar, a metodologia de controle determina que quando existe uma queda de energia da concessionária, isola o painel de carga, que é acoplado à rede da concessionária, produz uma fonte de geração local com segurança online durante o tempo que for necessário, coordena demanda de carga com capacidade de fornecimento de geração local e restaura a energia da rede com segurança quando a condição de queda diminui. No que diz respeito à coordenação da demanda de carga com capacidade de fornecimento de geração local, a metodologia emprega um elemento de controle em que a demanda de carga é administrada (isto é, as cargas são acopladas à fonte de geração local, fechando disjuntores associados) de modo a assegurar que a demanda de carga não exceda a capacidade real de fornecimento de geração local. A metodologia pode, opcionalmente, utilizar a sincronização entre as várias fontes de geração locais, se fornecidas, e/ou sincronização de fase com energia da rede para permitir uma transferência contínua ou “sem piscar” da energia. Como descrito aqui em detalhes, esta metodologia de controle é conseguida controlando diretamente os disjuntores no sistema 200 em vez de usar um mecanismo de comutação tradicional como um ATS. Ao desengatar o disjuntor principal, o painel de carga que é acoplado à rede da concessionária pode ser isolado a partir da rede e por comutação de uma série de disjuntores de derivação para ligado e desligado, a demanda de carga pode ser balanceada para coincidir com a capacidade de fornecimento da geração local. Em outras palavras, a demanda de energia da carga pode ser controlada a fim de evitar que esta exceda a capacidade de energia da fonte de geração local. Na prática, o sistema 200 pode determinar dinamicamente a quantidade de fornecimento de geração local que está disponível a partir da fonte de geração local (fonte de geração local 245 aqui descrita) e depois coordena com os outros disjuntores (disjuntores de derivação 230 aqui descritos) no sistema 200 para fechar apenas aqueles disjuntores que podem ser suportados pela fonte de geração local sem sobrecarga.

[0019] Na modalidade não limitativa exemplar do conceito divulgado, cada um dos disjuntores controláveis empregados no sistema 200, como aqui descrito está na forma de um disjuntor de máquina de venda de energia (PVM) 400, que é descrita em detalhes nas Publicações de Pedido de Patente US 2014/0211345 e 2014/0214218, que são de propriedade do cessionário da presente invenção, cujas divulgações são aqui incorporadas por referência na sua totalidade. Será entendido, no entanto, que a utilização do disjuntor PVM 400 no sistema 200 é apenas para fins ilustrativos e não é limitativa, pois podem também ser empregadas formas alternativas de disjuntores controláveis. Por exemplo, e sem limitação, um ou mais dos disjuntores controláveis empregados no sistema 200 podem ser um disjuntor inteligente como descrito no pedido de patente US N.° de série 14/264.409, intitulado “Microgrid System Structured to Detect Overload Conditions and Take Corrective Actions Relating Thereto”, que é propriedade do cessionário desta e que é aqui incorporado por referência, ou um disjuntor remotamente controlável que tem um segundo par de contatos separáveis em série com os contatos principais separáveis, como descrito em, por exemplo, Patentes US 5.301.083; 5.373.411; 6.477.022; e 6.507.255.

[0020] O disjuntor PVM 400 exemplar é mostrado esquematicamente na FIG. 4 e inclui os seguintes quatro tipos de funcionalidades: (1) funcionalidade de proteção de circuito, incluindo a proteção tradicional de circuito térmico-magnético, proteção de curto-circuito, proteção contra sobrecarga, proteção contra falha do terra, proteção contra falha de arco, e/ou outros tipos de proteção, conforme necessário, (2) funcionalidade de medição de circuito de derivação, incluindo o a medição líquida da rede da concessionária (± 0,2%) e valores de tempo estampados, (3) funcionalidade de controle remoto para operar contatos controláveis, incluindo funcionalidade de relé de controle de ligar/desligar que é independente do mecanismo de percurso do disjuntor, (4) funcionalidade de comunicações com fio e/ou sem fio, incluindo a funcionalidade para transmitir e receber informações controle e status do medidor, funcionalidade de backup para comunicações durante uma condição de falha, e, opcionalmente, carregar características/sinais de controle específicos que são configurados para controlar tipos particulares de cargas conectadas (como uma versão de equipamento de abastecimento de veículo elétrico (EVSE) do disjuntor que pode carregar diretamente um veículo elétrico (EV), um disjuntor HVAC que pode diretamente e independentemente controlar o ventilador, compressor e unidade de aquecimento diretamente através de abertura e fechamento dos circuitos ou através de sinalização de baixa voltagem, essencialmente, eliminando a necessidade de um termostato de controle e um disjuntor de controle de iluminação que inclui capacidades de regulação de luz; disjuntor LER 240 conforme descrito aqui é outro exemplo em que as características de controle específicas podem ser empregadas para ligar e desligar uma fonte de geração local conectada, conforme necessário) Na modalidade exemplar, as funções (2)-(4) sob o controle de um microcontrolador 401, o qual pode ser, por exemplo e sem limitação, um microprocessador ou qualquer outro dispositivo de processamento adequado. Além disso, embora na função da modalidade exemplar (1) não é controlado pelo microcontrolador 401, deve entender-se que, em modalidades alternativas a função (1) também podem estar sob o controle do microcontrolador 401. Além disso, na modalidade ilustrada, disjuntor PVM 400 também inclui funcionalidade indicadora (marcada (5)) controlada pelo microprocessador 401 para indicar informação, como estados de falha e/ou corrente fluindo através do disjuntor PVM 400.

[0021] Antes de prosseguir com uma descrição detalhada do individual ou elementos e o funcionamento do sistema 200, de acordo com a modalidade exemplar, a implementação exemplar de disjuntor PVM 400, como mostrado nos Pedidos de Patente US 2014/0211345 e 2014/0214218 será descrito em detalhes abaixo com referência às FIGs. 5, 6 e 7.

[0022] Disjuntor PVM 400 pode suportar o faturamento de um usuário para energia consumida através do disjuntor PVM 400. Por exemplo, uma função de medição 402 (FIG. 5) utiliza um circuito lógico 404 (FIGS. 5 e 6) para armazenar valores de energia com marcação de hora 406 numa base de dados persistente 408 na memória 410. Ambas a função de medição 402 e o circuito lógico 404 estão dentro do alojamento do disjuntor PVM 400. Os valores de energia 406, durante certas marcações de tempo, podem ser “marcados” como pertencentes a um número de usuários específicos, que fornece alocação de energia para cada um de tal número de usuários específicos. Por exemplo, quando a carga elétrica 412 (mostrada em linha fantasma no desenho) está conectada, a energia pode ser adequadamente alocada ao circuito de energia específico (por exemplo, à carga elétrica 412 (mostrada em linha fantasma no desenho da FIG. 5) em terminais 414, 416).

[0023] Quando uma fonte de eletricidade, tal como uma concessionária de energia elétrica 418 (mostrada em desenho em linha fantasma nas FIG. 5 e 6), que fornece energia à faca do disjuntor 420 (por exemplo, a partir de uma linha viva ou barramento (não mostrado)) e rabicho neutro 422 (por exemplo, a um barramento neutro (não mostrado)) a um quadro de distribuição ou centro de carga (não mostrado), está pronto para faturar ao usuário, este pode fazê-lo em uma variedade de formas, através da comunicação feita através de uma porta de expansão 424 (FIG. 6), ou, opcionalmente, através de uma interface sem fio embutida (por exemplo, sem limitação, Wi-Fi, Bluetooth). Um exemplo de método é um “medidor de leitura” da energia total no momento da leitura de um disjuntor principal (não mostrado, mas que pode ser substancialmente o mesmo ou semelhante ao do disjuntor 400, exceto que tem um valor relativamente maior de corrente nominal) de um quadro de distribuição correspondente ou centro de carga (não mostrado). O valor do “medidor de leitura” é comparado com o valor do “medidor de leitura” a partir de, por exemplo, a leitura do mês anterior e o valor da diferença é faturado.

[0024] Em alternativa, a concessionária de energia elétrica 418 pode baixar o banco de dados 408 de cada disjuntor, como 400, em sua totalidade, consultar os valores de energia 406, conforme apropriado, e em seguida, aplicar uma estrutura de taxa adequada utilizando a data e hora, circuitos específicos, e todas as bandeiras de alocação.

[0025] As FIGS. 5-7 mostram o exemplo controlável, de disjuntor PVM 400, que pode incluir suporte opcional para comunicações e/ou um número de diferentes módulos adicionais 426, como será discutido.

[0026] Com referência à FIG. 5, o exemplo de disjuntor PVM 400 pode incluir uma série de módulos adicionais opcionais 426. Um percurso elétrico de corrente alternada (CA) através do disjuntor PVM 400 entre a fonte de eletricidade 418 e a carga 412 inclui uma função de proteção térmica-magnética 428, a função de medição 402 e contatos separáveis controláveis 430. Uma fonte de alimentação de CA-CC 432 fornece energia CC para, por exemplo, o circuito lógico 404 e um circuito de comunicações 434. Alternativamente, a fonte de alimentação CC 432 pode ser localizada no exterior do disjuntor PVM 400 e fornece energia CC aos mesmos. O número de módulos adicionais opcionais 426 pode fornecer lógica específica e/ou funções de I/O e um circuito de comunicações 436. Funções de software remoto opcionais 438, 440 podem se comunicar opcionalmente com os circuitos de comunicação 434, 436.

[0027] A FIG. 6 mostra mais detalhes do exemplo de disjuntor PVM 400, o qual inclui um cabo do disjuntor externo 442 que coopera com a função de percurso térmico magnético 428 para abrir, fechar e/ou restaurar os contatos separáveis correspondentes 429 (FIG. 7), um indicador OK 444 que é controlado pelo circuito lógico 404, e um botão de testar/restaurar 446 que recebe como entrada ao circuito lógico 404.

[0028] Neste exemplo, existe ambas uma linha direta e uma linha neutra através do disjuntor PVM 400, juntamente com os correspondentes sensores de corrente 448, 449, sensores de voltagem 450, 451, e contatos separáveis 430A, 430B para cada linha ou condutor de energia. Um circuito de medição de energia 452 da função de medição 402 entra a partir dos sensores de corrente 448,449 e os sensores de voltagem 450, 451, e emite valores de energia correspondentes ao circuito lógico 404, que utiliza uma função de temporizador/relógio 454 para fornecer os valores de com tempo e hora correspondente 406 no banco de dados 408 da memória 410. Os sensores de corrente 448, 449 podem ser ligados eletricamente em série com os respectivos contatos separáveis 430A, 430B, podem ser transformadores de corrente acoplado às linhas de alimentação, ou podem ser qualquer dispositivo de detecção de corrente adequado. Os sensores de tensão 450, 451 podem ser eletricamente ligados às respectivas linhas de alimentação em série com os respectivos contatos separáveis 430A, 430B, podem ser transformadores de potencial, ou podem ser qualquer dispositivo de detecção de voltagem adequado.

[0029] A FIG. 7 é um diagrama de exemplo de uma linha do exemplo de disjuntor PVM 400. Apesar de uma fase (por exemplo, linha direta e neutra) ser mostrada, o conceito descrito é aplicável aos disjuntores PVM, com qualquer número de fases ou polos. Uma linha direta é recebida através da terminação 420 a uma barra de barramento (não mostrada). A corrente elétrica flui através do primeiro elemento de disjuntor 429 da função de proteção de sobrecarga térmica magnética 428 e flui através de um conjunto de contatos separáveis controláveis 430 (apenas um conjunto é mostrado neste exemplo para a linha direta) ao terminal de carga 414. Um primeiro transformador de corrente (CT) 448 fornece detecção de corrente e detecção de falta do terra com as configurações de percurso personalizadas. O percurso de corrente de retorno a partir da carga 412 (FIG. 5) é fornecido a partir do terminal de carga 416 para carga neutra de volta para o rabicho neutro 422 para ligação elétrica, por exemplo, a uma barra de neutro de um quadro de distribuição ou centro de carga (não mostrado). Um segundo CT 449 fornece detecção de detecção e detecção de falta de terra com as configurações de percurso personalizadas. As saídas dos TCs 448, 449 são introduzidas pelo circuito lógico 404, que controla os contatos separáveis controláveis 430. A fonte de alimentação 432 recebe energia a partir das linhas direta e neutra. O circuito de comunicações do circuito lógico 434 também emite a um ponto de comunicação terminal 456 da porta de expansão 424 (FIG. 6).

[0030] Fazendo de novo referência à FIG. 2, agora serão descritos os elementos do sistema 200, de acordo com a modalidade não limitativa exemplar. O sistema 200 inclui uma fonte de concessionária 205 acoplada a um medidor principal 210. Um centro de carga 215 está acoplado à saída do medidor principal 210 para receber energia da concessionária a partir da rede elétrica da concessionária 205 da mesma. O centro de carga 215 inclui um disjuntor principal 220 acoplado ao medidor principal 210. Em modalidades alternativas, medidor principal 210 pode ser omitido, com centro de carga 215 sendo ligado diretamente à fonte da concessionária 205. Em tais modalidades alternativas, a funcionalidade de medição pode, em alternativa ser fornecida por disjuntor principal 220, o qual, como descrito abaixo, é fornecido com tal funcionalidade de medição.

[0031] Centro de carga 215 inclui ainda uma barra de barramento principal 225 e uma série de disjuntores de derivação 230 acoplados ao barramento principal 225. Como pode ser visto na FIG. 2, cada um dos disjuntores de derivação 230 é acoplado a uma carga ou cargas associadas 235. Na modalidade ilustrada, exemplar, o centro de carga 215 alimenta circuitos dedicados, o que significa que cada um dos disjuntores de derivação 230 alimenta e é acoplado a uma única carga 235 (cada carga 235 não é, no entanto, necessariamente, um circuito dedicado). Será entendido, no entanto, que esta se destina a ser apenas exemplar e que outras configurações em que os circuitos não dedicados e/ou uma combinação de circuitos dedicados e circuitos não dedicados podem também ser empregadas dentro do escopo do conceito divulgado exemplar. Centro de carga 215 inclui ainda um disjuntor LER 240 tendo uma fonte de geração local 245 acoplada ao mesmo. A fonte de geração local 245 pode ser qualquer tipo de fonte de energia distribuída, como, sem limitação, uma fonte de energia distribuída que emprega um módulo PV, um gerador, uma turbina de vento, uma turbina de gás natural, ou armazenamento de bateria.

[0032] Na modalidade não limitativa, ilustrada e exemplar, o disjuntor principal 220, disjuntores de derivação 230, 240 e disjuntor LER são cada qual um disjuntor PVM 400 descrito em detalhes em outra parte aqui. Assim, cada um dos disjuntores terá a funcionalidade de proteção do circuito, a funcionalidade de medição do circuito de derivação, a funcionalidade de controle remoto e funcionalidade de comunicação, como aqui descrito (FIG. 4).

[0033] Além disso, como pode ser visto na FIG. 2, o centro de carga 215 inclui um componente de controle 250. O componente de controle 250 está estruturado de forma a controlar o funcionamento do sistema 200, como aqui descrito, e, em particular, está estruturado e programado para implementar a metodologia de controle representada na FIG. 3 e descrita em detalhes abaixo. O componente de controle 250 pode residir em qualquer lugar dentro do centro de carga 215, como dentro de disjuntor principal 220, disjuntores de derivação 230, disjuntor LER 240, ou pode ser distribuído entre e distribuído através de um ou mais desses elementos. Em uma modalidade alternativa, componente de controle pode ser um dispositivo de computação com um processador e uma memória programada que se conecta ao centro de carga 215. Em ainda uma outra modalidade alternativa, o componente de controle pode ser localizado remotamente a partir do centro de carga 250, mas ainda em comunicação com e no controle de aspectos do centro de carga 250, como aqui descrito. Na modalidade exemplar aqui descrita, para fins ilustrativos, componente de controle 250 forma parte do disjuntor principal 220 para permitir que o disjuntor principal 220 atue como um coordenador de sistema para o centro de carga 215.

[0034] Com referência à FIG. 3, será agora descrita a metodologia de controle do conceito descrito de acordo com uma modalidade exemplar. O método começa na etapa 300, no qual uma queda na fonte de concessionária 205 é detectada. Na modalidade exemplar, esta queda é detectada pelo disjuntor principal 220 através da detecção de que a tensão da fonte de concessionária 205 caiu abaixo de um certo nível predeterminado. Em seguida, na etapa 305, componente de controle 250 abre o disjuntor principal 220 para isolar o centro de carga 215 e a fonte de geração local 245 da rede elétrica principal da fonte da concessionária 205. Em seguida, na etapa 310, componente de controle faz com que o disjuntor LER 240 a seja aberto por comunicar um sinal de controle ao disjuntor LER 240 (por uma conexão com ou sem fio adequada). Alternativamente, a ordem das etapas 305 e 310 podem ser alternadas de tal modo que a etapa 310 é realizada em primeiro lugar, seguido da etapa 305. Em seguida, na etapa 315, componente de controle 250 identifica quais dos disjuntores de derivação 230, se houver, não devem receber energia de backup a partir da fonte da geração local 245. Esta etapa pode ser realizada num certo número de formas e inclui a determinação de quais disjuntores devem e quais disjuntores não devem receber energia de backup com base em um ou mais parâmetros armazenados e/ou medidos e/ou funções. Por exemplo, o componente de controle 250 pode ser programado para identificar certas predeterminadas das cargas 235 que devem receber energia de backup em caso de queda de energia (isto é, “cargas críticas”), e, portanto, na etapa 315, as cargas 235 que não são “cargas críticas” serão identificadas. A programação e identificação das “cargas críticas” nesta implementação particular pode ser feita pela concessionária e ou o usuário local do centro de carga 215, e, portanto, este aspecto do conceito divulgado oferece uma grande flexibilidade para o fornecimento de energia de backup, permitindo gerenciamento de carga dinâmica em condições de queda de energia. A programação e identificação das “cargas críticas” também podem ser priorizadas de tal modo que quando uma queda é detectada, cargas 235 serão selecionadas para receber energia de backup com base na energia que está disponível, de acordo com a prioridade predeterminada. Em alternativa, o componente de controle 250 pode ser programado para selecionar dinamicamente aquelas das cargas 235 que devem receber energia de backup com base em parâmetros predeterminados como a hora do dia e/ou data, com determinadas cargas 235 sendo identificadas para receber energia de backup baseada no estado atual de tais parâmetros. Além disso, muitos esquemas de controle alternativos adicionais são também possíveis. Por exemplo, em um esquema de controle alternativo, cada carga 235 é identificada previamente como “crítica” ou “não crítica”, e elemento de controle 250 coordena com os dados de medição medidos pelo disjuntor de derivação associado como 230 para garantir que o maior número de cargas “críticas” seja operacional sem sobrecarregar/esforçar a fonte de geração local, 245 (ou seja, sem exceder a capacidade de fornecimento da fonte de geração local). Em outro esquema alternativo de controle, a cada carga 235 é atribuído um nível de prioridade, com, por exemplo, “1” sendo a prioridade mais alta e assim por diante. Componente de controle 250, em seguida, coordena com dados de medição medidos pelos disjuntores de derivação associados 230 para garantir que a maior quantidade de cargas priorizadas maiores 235 seja operacional sem sobrecarregar/esforçar a fonte de geração local, 245. Assim, o primeiro esquema de exemplo fornecido acima é, essencialmente, um exemplo de prioridade dois deste segundo esquema de controle. Em ainda outro esquema de controle alternativo, cada carga 235 é atribuída com uma prioridade e um “tempo de execução” preferido. O componente de controle 250, em seguida, coordena com os dados de medição e dados de tempo para garantir que o maior número de cargas priorizadas maiores 235 seja operacional para os seus tempos de execução especificados, e no final do tempo de execução de uma carga 235 outras cargas de prioridades inferiores 235 podem ter seus disjuntores de derivação associados 230 fechados. Em ainda outro esquema de controle alternativo, o componente de controle 250 pode implementar qualquer um dos esquemas acima, com um componente de “ativação do usuário” em que o usuário pode selecionar disjuntores de derivação particulares 230 a serem abertos e/ou fechados.

[0035] Após a etapa 315, o método prossegue para a etapa 320, em que o componente de controle 250 faz com que os disjuntores de derivação 230B identificados na etapa 315 sejam abertos. Em seguida, na etapa 325, o componente de controle 250 faz com que um sinal seja enviado para a fonte de geração local 245 (usando uma conexão com fio e/ou sem fio apropriado entre esses componentes) que faz com que a geração local de origem 245 seja ativada. Em seguida, na etapa 330, o componente de controle 250 faz com que disjuntor LER 240 seja fechado, fazendo com que um sinal seja enviado para o disjuntor LER 240 (através de uma conexão com fios e/ou sem fios adequada entre esses componentes). Depois da etapa 330, o método prossegue para a etapa 335, em que o sistema 200 é capaz de funcionar com energia a partir da fonte de geração local 245 com energia sendo fornecida com qualquer uma das cargas 235 que não foram identificados na etapa 315.

[0036] Na etapa 340, é feita uma determinação sobre se energia elétrica na fonte da concessionária 205 foi restaurada. Se a resposta é não, então o método retorna para a etapa 335. Neste momento, o usuário do centro de carga 215 pode reconfigurar o sistema para mudar os disjuntores do circuito de ramificação 230 que estão abertos (ou fechados) e, assim, as cargas 235 que recebem energia usando componentes de controle 250. Por exemplo, se durante um evento de queda de energia, um usuário determina que eles agora precisam de uma carga 235 que foi determinada inicialmente “não-crítica” ou de baixa prioridade, podem agora fechar esse circuito, e, se necessário, abrir um outro circuito de menor prioridade, a fim de evitar a sobrecarga da fonte de geração local 240 (como descrito abaixo). Por exemplo, se um usuário determina que eles precisam recarregar sua EV que foi originalmente determinada “não crítica”, eles podem optar por desligar temporariamente o seu aparelho de ar condicionado a fim de permitir o carregamento do seu EV. Então, uma vez que o EV foi suficientemente carregado, o usuário pode optar por desligar o EVSE e ligar o aparelho de ar condicionado de volta. Isto proporciona uma quantidade substancial de flexibilidade e resiliência adicional para o usuário que os sistemas tradicionais não podem oferecer. Cuidados devem ser tomados, no entanto, para gerenciar/coincidir com as cargas conectadas 235 para não sobrecarregar a capacidade da fonte de geração local, 245 e ou disparar seu disjuntor de alimentação de volta ou sobrecarregar a mesma ao ponto de falha. Na modalidade exemplar, componente de controle 250 inclui recursos de controle para apoiar a gestão e correspondência de cargas 235, de modo a evitar sobrecarga da fonte de geração local 245. Por exemplo, antes de quaisquer alterações serem feitas, componente de controle 250 pode examinar dados de medição e determinar o efeito que as mudanças terão sobre a demanda de carga e impedir quaisquer alterações que possam resultar em uma condição de sobrecarga. Se, no entanto, a resposta na etapa 340 for sim, então o método prossegue para a etapa 345 em que o componente de controle 250 faz com que o disjuntor de LER 240 seja aberto. Em seguida, na etapa 350, componente de controle 250 faz com que a fonte de geração local 245 seja desativada. Depois disso, na etapa 355, componente de controle 250 faz com que o disjuntor principal 220 seja fechado. Em seguida, na etapa 360, o componente de controle 250 faz com que todos os disjuntores de derivação 230 sejam fechados através do envio de um ou mais sinais para aqueles disjuntores de derivação 230 (através de uma ligação com fios e/ou sem fios adequada entre esses componentes). Alternativamente, a ordem das etapas 355 e 360 pode ser alternada de tal modo que a etapa 360 é efetuada em primeiro lugar, seguido da etapa 355. Finalmente, na etapa 365, componente de controle de 250 faz com que a fonte de geração local 245 seja ativada para que possa retornar para alimentar de volta a fonte da concessionária 205 agora que a queda foi corrigida.

[0037] Assim, a metodologia mostrada na FIG. 3 e descrita acima fornece um mecanismo seguro para a comutação para energia de backup por meio de uma fonte de geração local, no caso de queda de energia e de volta da energia da concessionária após a queda que não exige um mecanismo de comutação caro, complexo e inflexível como um ATS (FIG. 1).

[0038] Além disso, enquanto o sistema 200 mostrado na FIG. 2 e a metodologia descrita em relação à FIG. 3 incluem apenas uma única fonte de geração local 245, deve entender-se que o conceito descrito pode também ser empregado em sistemas que incluem múltiplas fontes de geração locais 245 e vários disjuntores LER 240. Em tal implementação alternativa, a metodologia como implementada no componente de controle 250 será necessária para assegurar que as várias fontes de geração locais 245 sejam capazes de sincronizar com cada outra. Numa modalidade exemplar, uma fonte de geração local 245 seria promovida para se tornar a “concessionária” e seria ligada a um barramento principal 225. Essa fonte de geração local 245, em seguida, fornece a voltagem de molhagem para outras fontes de geração locais 245 para sincronizar com. Numa outra modalidade alternativa, o componente de controle 250 é fornecido com os metadados sobre fonte geração local 245, por exemplo, dados climáticos para modalidades solares ou capacidade de combustível no consumo de combustível para modalidades de geradores, e os dados de medição recebidos dos disjuntores de derivação 230 podem ser utilizados para prever “tempo de disponibilidade restante” por quanto tempo a fonte de geração local 245 pode continuar a fornecer energia para as cargas conectadas 235. Decisões de gestão da carga podem ser feitas de forma mais inteligente, com a adição de metadados a partir dos quais as estatísticas importantes podem ser derivadas, como, mas não limitado a “tempo de disponibilidade restante.”

[0039] Em ainda uma outra modalidade alternativa, a fonte de geração local 245 mostrada na FIG. 2 pode, em vez de ser fornecida a um local do cliente, como uma residência, ser uma fonte de geração local que é destinada a um grupo de clientes da concessionária dentro de um sistema de distribuição de energia elétrica (por exemplo, uma fonte de geração local da “vizinhança”). Por exemplo, a fonte de geração local 245 pode ser um dispositivo de armazenamento de energia local (por exemplo, bateria) que está configurado para servir um número de clientes em uma área particular em caso de queda de energia. Numa tal configuração, um ou mais clientes podem ter um centro de carga 215, como aqui descrito possuindo um disjuntor LER 240 que é acoplado àquela fonte de geração local da “vizinhança” 245. Assim, como descrito aqui, cada cliente tendo um centro como carga 215 pode determinar qual carrega 235 receberá de energia de backup a partir da fonte de geração local da “vizinhança” 245 no caso de uma queda. Além disso, uma vez que disjuntor principal 220, disjuntor LER 240, e disjuntores de derivação 230 são, na modalidade exemplar, cada um, disjuntores PVM 400, como aqui descrito com uma funcionalidade de medição, a concessionária proporcionando a fonte de geração de local da “vizinhança” 245 poderá cobrar dos clientes por seus usos da mesma. Em um exemplo, o uso do cliente pode ser ilimitado e os clientes pagarão por qualquer energia que é consumida. Em outra modalidade, os clientes podem subscrever (e pagar) uma certa quantidade de energia de backup no caso de uma queda, e seu acesso à fonte de geração local da “vizinhança” será limitada à quantidade de energia coberta pela sua assinatura (ou seja, o disjuntor LER 240 será aberto uma vez que a quantidade contratada de energia foi consumida). Nesse caso, o cliente pode querer gerir ativamente as cargas 235 do centro de carga 215, como aqui descrito, a fim de racionar a energia a que têm acesso.

[0040] Embora modalidades específicas do conceito da presente divulgação tenham sido descritas em detalhes, será apreciado pelos especialistas na técnica que várias modificações e alternativas a esses detalhes poderiam ser desenvolvidas à luz dos ensinamentos gerais da divulgação. Consequentemente, as disposições particulares divulgadas destinam-se a ser apenas ilustrativas e não limitativas quanto ao escopo do conceito da presente divulgação, à qual deve ser conferida a total amplitude das reivindicações anexas e quaisquer e todos os seus equivalentes.

Claims

1. Aparelho para gerir um sistema elétrico, caracterizado pelo fato de compreender: - um disjuntor principal (220) estruturado para ser acoplado a uma fonte de concessionária (205); - um disjuntor LER (240) estruturado para ser acoplado a uma fonte de geração local (245); - uma série de disjuntores de derivação (230), cada um dos disjuntores de derivação sendo estruturado para ser acoplado a uma ou mais cargas (235) e incluindo funcionalidade de medição para medição de uma quantidade de energia consumida através da mesma; e - um componente de controle (250), o componente de controle sendo estruturado e configurado para, em resposta a uma determinação que a fonte da concessionária está experimentando uma queda de energia: - fazer com que o disjuntor principal (220) seja aberto; - receber dados de medição medidos por cada um da série de disjuntores de derivação (230); - determinar qual um ou mais da série de disjuntores de derivação (230) devem receber energia de backup a partir da fonte de geração local (245) com base, pelo menos em parte, dos dados de medição recebidos; - fazer com que os disjuntores de derivação sejam configurados de tal modo que apenas os determinados um ou mais da série de disjuntores de derivação (230) estejam em uma condição fechada; e - fazer com que a fonte de geração local (245) seja ativada.

2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o componente de controle (250) ser estruturado e configurado de forma a fazer com que o disjuntor LER (240) seja aberto antes de determinar qual um ou mais da série de disjuntores de derivação (230) deve receber energia de backup a partir da fonte de geração local (245) e fazer com que o disjuntor LER (240) seja fechado após a fonte de geração local (245) ser ativada.

3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o disjuntor principal (220), o disjuntor LER (240) e cada um dos disjuntores de derivação (230) incluir a funcionalidade de controle remoto para operar contatos controláveis do mesmo, a funcionalidade de comunicações para a transmissão e recepção de informação, a funcionalidade de medição e funcionalidade de proteção do circuito, incluindo a proteção de circuito térmico-magnético.

4. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o elemento de controle ser: (i) fornecido como parte do disjuntor principal (220), (ii) fornecido como parte do disjuntor LER (240) ou um dos disjuntores de derivação (230), (iii) fornecido remotamente a partir do disjuntor principal (220), o disjuntor LER (240), e cada um dos disjuntores de derivação (230), ou (iv) distribuído ao longo de dois ou mais do disjuntor principal (220), o disjuntor LER (240), e um número dos disjuntores de ramificação (230).

5. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o componente de controle (250) ser estruturado e configurado de forma a fazer com que o disjuntor LER (240) seja aberto após o disjuntor principal (220) ser aberto e sendo que o componente de controle (250) é estruturado de forma a fazer com que o disjuntor LER (240) seja fechado depois de a fonte de geração local (245) ser ativada.

6. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o componente de controle (250) ser estruturado e configurado para, em resposta a uma determinação de queda de energia ter terminado, fazer com que o disjuntor LER (240) seja aberto, fazer com que a fonte de geração local (245) seja desativada, fazer com que o disjuntor principal (220) seja fechado, fazer com que o número de disjuntores de derivação (230) seja fechado, e fazer com que a fonte de geração local (245) seja ativada.

7. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o componente de controle (250) ser estruturado e configurado para determinar quais um ou mais da série de disjuntores de derivação (230) devem receber energia de backup a partir da fonte de geração local (245), com base nos dados da medição recebidos e em uma identificação armazenada predeterminada de alguns determinados da série de disjuntores de derivação (230).

8. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o componente de controle (250) ser estruturado e configurado para determinar quais um ou mais da série de disjuntores de derivação (230) devem receber energia de backup a partir da fonte de geração local (245), com base nos dados da medição recebidos e em uma priorização predeterminada armazenada de uma ou mais cargas.

9. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o componente de controle (250) ser estruturado e configurado para determinar quais um ou mais da série de disjuntores de derivação (230) devem receber energia de backup a partir da fonte de geração local (245), com base nos dados da medição recebidos e um ou mais parâmetros predeterminados medidos por, determinados por, ou recebidos pelo componente de controle (250).

10. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o componente de controle (250) ser estruturado e configurado para determinar quais um ou mais da série de disjuntores de derivação (230) devem receber energia de backup a partir da fonte de geração local (245) ao selecionar os um ou mais da série de disjuntores de derivação (230) de uma maneira que assegura que a demanda de carga através dos um ou mais da série de disjuntores de derivação (230) não será superior à capacidade de fornecimento da fonte de geração local (245), quando a fonte de geração local (245) é ativada.

11. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o componente de controle (250) ser estruturado e configurado para determinar quais um ou mais da série de disjuntores de derivação (230) devem receber energia de backup a partir da fonte de geração local (245), com base nos dados de medição recebidos e uma prioridade armazenada predeterminada atribuída a cada um da série de disjuntores de derivação (230).

12. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o componente de controle (250) ser ainda estruturado e configurado para assegurar que um número máximo dos disjuntores de derivação (230) receba energia de backup sem exceder uma capacidade de fornecimento da fonte de geração local (245), quando a fonte de geração local (245) é ativada, e sendo que o um ou mais da série de disjuntores de derivação (230) que devem receber energia de backup são determinados com base nos dados de medição recebidos e uma prioridade armazenada predeterminada atribuída a cada um dos número de disjuntores de derivação (230).

13. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o componente de controle (250) ser estruturado e configurado para determinar quais um ou mais da série de disjuntores de derivação (230) devem receber energia de backup a partir da fonte de geração local (245), com base nos dados de medição recebidos, uma prioridade predeterminada armazenada e um tempo de duração predeterminado armazenado atribuído a cada um da série de disjuntores de derivação (230).

14. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o componente de controle (250) ser estruturado e configurado para, durante a queda de energia e, após a fonte de geração local (245) ser ativada, permitir que o sistema elétrico seja reconfigurado ao receber uma identificação de certos dos disjuntores de derivação (230) que devem receber energia e certas outras características dos disjuntores de derivação (230) que não devem receber energia e em resposta a isso fazer com que os disjuntores de derivação (230) sejam configurados de tal modo que apenas os certos dos disjuntores de derivação (230) estejam numa condição fechada.

15. Método para controlar um sistema elétrico, que inclui um disjuntor principal (200) fornecido em um centro de carga (215) e acoplado a uma fonte de concessionária (205), um disjuntor LER (240) fornecido no centro da carga e acoplado a uma fonte de geração local (245), e um número de comutadores de derivação (230) fornecido no centro de carga (215) e sendo cada um deles acoplado a uma ou mais cargas (235), e sendo configurado com funcionalidade de medição para medição de uma quantidade de energia consumida através da mesma, o método sendo caracterizado pelo fato de compreender: - determinar no centro de carga (215) que a fonte da concessionária (205) está experimentando uma queda de energia; - responder à determinação de que a fonte da concessionária (205) está experimentando a queda de energia, fazendo com que o disjuntor principal (220) seja aberto, fornecendo primeira informação de comunicação ao disjuntor principal (220); - receber dados de medição medidos por cada um da série de disjuntores de derivação (230); - determinar que um ou mais da série de disjuntores de derivação (230) devem receber energia de backup a partir da fonte de geração local (245) com base, pelo menos em parte, nos dados de medição recebidos; - fazer com que os disjuntores de derivação (230) sejam configurados de tal modo que apenas o determinado um ou mais da série de disjuntores de derivação (230) se encontre num estado fechado, fornecendo segunda informação de comunicação para outros disjuntores de derivação (230) além de um ou mais da série de disjuntores de derivação (230) que devem receber energia de backup; e - fazer com que a fonte de geração local (245) seja ativada fornecendo terceira informação de comunicação para a fonte de geração local (245).