BR112020021955A2 - método de controle para operar um conversor e sistema de conversão de energia - Google Patents

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Dong Dong
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David Smith
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Abstract

método de controle para operar um conversor e sistema de conversão de energia. sistemas e métodos para operar um conversor de energia com uma pluralidade de blocos do inversor com mosfets de carboneto de silício são fornecidos. um conversor pode incluir uma pluralidade de blocos do inversor. cada bloco do inversor pode incluir uma pluralidade de dispositivos de comutação. a pluralidade de dispositivos de comutação pode incluir um ou mais mosfets de carboneto de silício. um método de controle pode incluir fornecer, por um sistema de controle, um ou mais comandos por comutação (502, 802) para um primeiro bloco do inversor na pluralidade de blocos do inversor. o método de controle pode ainda incluir a implementação, pelo sistema de controle, de um atraso de comando por comutação para gerar um primeiro comando por comutação atrasado com base, pelo menos em parte, em um ou mais comandos por comutação. o método de controle pode incluir ainda fornecer, pelo sistema de controle, o primeiro comando por comutação atrasado para um segundo bloco do inversor na pluralidade de blocos do inversor.

Description

“MÉTODO DE CONTROLE PARA OPERAR UM CONVERSOR E SISTEMA DE CONVERSÃO DE ENERGIA” CAMPO DA INVENÇÃO
[001] A presente matéria objeto refere-se geralmente a sistemas de energia e, mais particularmente, a sistemas e métodos para fornecer comandos por comutação (gating comands) para conversores de energia utilizando blocos do inversor com MOSFETs de carboneto de silício.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
[002] Os sistemas de geração de energia podem usar conversores de energia para converter energia em uma forma de energia adequada para uma rede elétrica. Em um conversor de energia típico, uma pluralidade de dispositivos de comutação, como transistores bipolares de porta isolada (“IGBTs”) ou transistores de efeito de campo metal-óxido-semicondutor (“MOSFETs”) podem ser usados em circuitos eletrônicos, como meia ponte ou circuitos de ponte completa, para converter a energia. Desenvolvimentos recentes na tecnologia de dispositivos de comutação permitiram o uso de MOSFETs de carboneto de silício (“SiC”) em conversores de energia. O uso de MOSFETs de SiC permite a operação de um conversor de energia em uma frequência de comutação muito mais alta em comparação com IGBTs convencionais.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
[003] Aspectos e vantagens das formas de realização da presente divulgação serão apresentados em parte na descrição a seguir, ou podem ser aprendidos a partir da descrição, ou podem ser aprendidos através da prática das formas de realização.
[004] Um aspecto exemplificativo da presente divulgação é direcionado a um método de controle para operar um conversor. O conversor pode incluir uma pluralidade de blocos do inversor. Cada bloco do inversor pode incluir uma pluralidade de dispositivos de comutação. A pluralidade de dispositivos de comutação pode incluir um ou mais MOSFETs de carboneto de silício. O método de controle pode incluir fornecer, por um sistema de controle, um ou mais comandos por comutação para um primeiro bloco do inversor na pluralidade de blocos do inversor. O método de controle pode ainda incluir a implementação, pelo sistema de controle, de um atraso de comando por comutação para gerar um primeiro comando por comutação atrasado com base, pelo menos em parte, em um ou mais comandos por comutação. O método de controle pode incluir ainda fornecer, pelo sistema de controle, o primeiro comando por comutação atrasado para um segundo bloco do inversor na pluralidade de blocos do inversor.
[005] Outro aspecto exemplificativo da presente divulgação é direcionado a um sistema de conversão de energia. O sistema de conversão de energia pode incluir um conversor. O conversor pode incluir uma pluralidade de blocos do inversor. Cada bloco do inversor pode incluir uma pluralidade de dispositivos de comutação. A pluralidade de dispositivos de comutação pode incluir um ou mais MOSFETs de carboneto de silício. O sistema de conversão de energia também pode incluir um sistema de controle que compreende uma pluralidade de placas de acionamento de porta. O sistema de controle pode ser configurado para controlar a operação do conversor, fornecendo os um ou mais comandos por comutação para a pluralidade de blocos do inversor. Cada bloco do inversor pode ter uma ou mais placas de acionamento de porta associadas da pluralidade de placas de acionamento de porta configuradas para fornecer um ou mais comandos de comutação para a pluralidade de dispositivos de comutação no bloco de inversor. Pelo menos uma das uma ou mais placas de acionamento de porta associadas a cada bloco do inversor pode ser ligada em cascata a pelo menos uma de uma ou mais placas de acionamento de porta associadas de outro bloco do inversor.
[006] Outro aspecto exemplificativo da presente divulgação é direcionado a um sistema de geração de energia eólica.
O sistema de geração de energia eólica pode incluir um gerador de energia eólica configurado para gerar potência de CA e um conversor de CA para CC acoplado ao gerador de energia eólica.
O conversor de CA para CC pode ser configurado para converter a potência de CA do gerador de energia eólica em potência de CC.
O sistema de geração de energia eólica pode incluir ainda uma ligação de CC acoplada ao conversor de CA para CC.
A ligação de CC pode ser configurada para receber potência de CC do conversor de CA para CC.
O sistema de geração de energia eólica pode incluir ainda um conversor de CC para CA acoplado à ligação de CC.
O conversor de CC para CA pode ser configurado para receber potência de CC da ligação de CC.
O conversor de CC para CA pode incluir uma pluralidade de blocos do inversor.
Cada bloco do inversor pode incluir uma pluralidade de dispositivos de comutação.
A pluralidade de dispositivos de comutação pode incluir um ou mais MOSFETs de carboneto de silício.
O sistema de geração de energia eólica pode incluir ainda um sistema de controle que compreende uma pluralidade de placas de acionamento de porta.
O sistema de controle pode ser configurado para controlar a operação do conversor de CC para CA, fornecendo os um ou mais comandos por comutação para a pluralidade de blocos do inversor.
Cada bloco do inversor pode ter uma ou mais placas de acionamento de porta associadas da pluralidade de placas de acionamento de porta configuradas para fornecer um ou mais comandos por comutação para a pluralidade de dispositivos de comutação no bloco do inversor.
Pelo menos uma das uma ou mais placas de acionamento de porta associadas a cada bloco do inversor pode ser ligada em cascata a pelo menos uma de uma ou mais placas de acionamento de porta associadas de outro bloco do inversor.
O sistema de controle pode ser ainda configurado para implementar um atraso de comando por comutação em comandos por comutação fornecidos pelas placas de acionamento de porta.
[007] Variações e modificações podem ser feitas nestes aspectos exemplificativos da presente divulgação.
[008] Estas e outras características, aspectos e vantagens de várias formas de realização serão melhor compreendidos com referência à seguinte descrição e reivindicações anexas. Os desenhos anexos, que são incorporados e constituem uma parte deste relatório descritivo, ilustram formas de realização da presente divulgação e, juntamente com a descrição, servem para explicar os princípios relacionados.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[009] A discussão detalhada das formas de realização dirigida a um técnico no assunto é apresentada no relatório descritivo, que faz referência às figuras anexas, nas quais: - A Figura 1 representa um exemplo de sistema de geração de energia eólica; - A Figura 2 representa exemplos de elementos para uso em um conversor de energia de acordo com exemplos de aspectos da presente divulgação; - A Figura 3 representa um conversor de energia de acordo com aspectos exemplificativos da presente divulgação; - A Figura 4 representa uma porção de um conversor de energia de acordo com aspectos exemplificativos da presente divulgação; - A Figura 5 representa um sistema de controle para um conversor de energia de acordo com aspectos exemplificativos da presente divulgação; - A Figura 6 representa um gráfico de interferência eletromagnética em conversores de energia convencionais; - A Figura 7 representa um gráfico de interferência eletromagnética em um conversor de energia de acordo com aspectos exemplificativos da presente divulgação; - A Figura 8 representa um exemplo de estratégia de comutação de acordo com exemplos de aspectos da presente divulgação; - A Figura 9 representa um método exemplificativo de acordo com aspectos exemplificativos da presente divulgação; e - A Figura 10 representa elementos adequados para uso em um dispositivo de controle de acordo com aspectos exemplificativos da presente divulgação.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
[0010] Agora será feita referência em detalhes às formas de realização da invenção, um ou mais exemplos das quais são ilustrados nos desenhos. Cada exemplo é fornecido a título de explicação da invenção, não como limitação da invenção. Na verdade, será evidente para aqueles técnicos no assunto que várias modificações e variações podem ser feitas na presente invenção sem se afastar do escopo ou do espírito da invenção. Por exemplo, as características ilustradas ou descritas como parte de uma forma de realização podem ser usadas com outra forma de realização para produzir ainda uma forma de realização adicional. Assim, pretende-se que a presente invenção cubra tais modificações e variações que caiam no escopo das reivindicações anexas e seus equivalentes.
[0011] Conforme usado neste documento, os termos “primeiro”, “segundo” e “terceiro” podem ser usados indistintamente para distinguir um componente de outro e não se destinam a significar a localização ou importância dos componentes individuais ou limitar o número de componentes individuais em um aparelho. Conforme usado neste documento, o termo “aproximadamente” significa dentro de mais ou menos dez por cento do valor declarado.
[0012] Aspectos de exemplo da presente divulgação são direcionados a sistemas e métodos para controlar um conversor de energia com uma pluralidade de blocos do inversor utilizando MOSFETs de SiC. Por exemplo, os sistemas de geração de energia, como sistemas que usam geradores de indução duplamente alimentados (“DFIGs”) como unidades de geração de energia, podem usar um ou mais conversores de energia para converter energia de uma energia de corrente alternada multifásica de baixa tensão em uma energia de corrente alternada multifásica de média tensão.
Conforme usado neste documento, a tensão “LV” pode ser uma potência menor que cerca de 1,5 quilovolts. Conforme usado neste documento, a tensão “MV” pode ser uma potência maior do que cerca de 1,5 quilovolts e menos do que cerca de 100 quilovolts. Conforme usado neste documento, o termo “cerca de” pode significar dentro de 20% do valor declarado.
[0013] Em uma forma de realização, o conversor de energia pode ser um conversor de energia multifásico (por exemplo, trifásico) configurado para converter uma saída de energia multifásica de um gerador de energia. O conversor de energia pode incluir, por exemplo, um primeiro conversor de energia configurado para converter uma saída de potência de CA de um gerador de energia, como um DFIG, em uma potência de CC e fornecer a potência de CC a uma ligação de CC. Um segundo conversor de energia pode ser configurado para converter a potência de CC da ligação de CC em uma potência de CA adequada para uso em uma rede elétrica. Por exemplo, o segundo conversor de energia pode ser um conversor de potência de CC para CC para CA e pode utilizar MOSFETs de SiC como os semicondutores de energia, permitindo assim uma frequência de comutação muito alta.
[0014] O segundo conversor de energia pode incluir, por exemplo, uma pluralidade de blocos do inversor. Cada bloco do inversor pode incluir uma pluralidade de circuitos de ponte configurados para converter energia e cada circuito de ponte pode incluir um ou mais MOSFETs de SiC como dispositivos de comutação. Por exemplo, cada bloco do inversor pode ser um bloco do inversor CC para CC para CA, e uma pluralidade de blocos do inversor podem ser acoplados em paralelo em um lado LV e acoplados em série em um lado de MV. Cada bloco do inversor de CC para CC para CA pode incluir uma primeira entidade de conversão de CC para CA configurada para converter potência de CC de LV da ligação de CC para uma tensão de CA LV de alta frequência, um transformador de isolamento configurado para fornecer isolamento, uma segunda entidade de conversão CA para CC configurada para converter a potência de CA de LV em uma potência de CC de LV, e uma terceira entidade de conversão CC para CA configurada para converter a potência de CC de LV em uma potência de CA de LV adequada para uso em uma rede elétrica. Uma pluralidade de blocos do inversor pode ser conectada em série para construir uma tensão de CA MV adequada para uso em uma rede de CA MV.
[0015] Em uma topologia exemplificativa, uma pluralidade de blocos do inversor pode ser configurada em uma topologia de três níveis de linha a neutro, permitindo uma tensão de saída de uma tensão positiva, tensão zero ou uma tensão negativa para cada fase. Por exemplo, o conversor de energia pode incluir seis blocos do inversor, com cada bloco do inversor incluindo uma pluralidade de dispositivos de comutação, como um ou mais MOSFETs de SiC. Um dispositivo de controle pode fornecer um ou mais comandos por comutação para cada bloco do inversor, a fim de ligar e desligar os dispositivos de comutação para gerar uma forma de onda de tensão de saída. Por exemplo, o dispositivo de controle pode fornecer um ou mais comandos por comutação para uma pluralidade de placas de acionamento de porta, que podem então ligar e desligar os dispositivos de comutação individuais em um bloco do inversor.
[0016] Em tal sistema, cada placa de acionamento de porta pode ser configurado apenas para conduzir um subconjunto dos dispositivos de comutação em um bloco do inversor, como, por exemplo, quatro dispositivos de comutação em uma entidade de conversão formando um circuito de ponte.
Assim, para um conversor de energia que utiliza blocos do inversor de CC para CC para CA com três entidades de conversão, pelo menos três placas de acionamento de porta podem ser necessárias para cada bloco do inversor.
Além disso, em um conversor de energia trifásico com seis blocos do inversor por fase, pelo menos 54 placas de acionamento de porta podem ser necessárias para conduzir todos os dispositivos de comutação no conversor de energia. No entanto, um dispositivo de controle típico configurado para fornecer comandos por comutação para as placas de acionamento de porta pode ter apenas canais de comunicação suficientes para fornecer comandos por comutação para uma ou duas placas de acionamento de porta. Assim, em uma configuração típica em que cada placa de acionamento de porta recebe sinais de controle diretamente de um dispositivo de controle, pode ser necessário um número significativo de dispositivos de controle. Em tal sistema de controle, a complexidade do sistema de controle e o custo associado aos dispositivos de controle podem ser muito significativos.
[0017] Além disso, se os dispositivos de comutação em um conversor de energia forem todos ligados ao mesmo tempo, a interferência eletromagnética (“EMI”) gerada em tensões acima de certas frequências pode ser muito alta. Normalmente, à medida que aumenta o EMI gerado pelos dispositivos de comutação, filtros maiores e mais caros podem precisar ser usados para condicionar a energia em uma forma adequada para uso em uma rede elétrica. Assim, alto EMI pode aumentar o custo de um sistema de conversão de energia devido aos custos associados aos filtros.
[0018] Aspectos exemplificativos da presente divulgação são direcionados a sistemas e métodos para fornecer comandos por comutação para blocos do inversor em um conversor de energia para reduzir o custo e a complexidade do sistema de controle e reduzir o EMI gerado pelo conversor de energia. Por exemplo, um conversor de energia pode incluir uma pluralidade de blocos do inversor. Cada bloco do inversor pode incluir uma pluralidade de dispositivos de comutação, como um ou mais MOSFETs de SiC. Um sistema de controle pode ser configurado para fornecer um ou mais comandos por comutação para um primeiro bloco do inversor na pluralidade de blocos do inversor. Por exemplo, um dispositivo de controle pode ser configurado para fornecer um ou mais comandos por comutação para uma ou mais placas de acionamento de porta, que podem ser configuradas para conduzir um ou mais dos dispositivos de comutação no bloco do inversor para converter energia.
Além disso, o sistema de controle pode ser configurado para implementar um atraso de comando por comutação para gerar um primeiro comando por comutação atrasado com base, pelo menos em parte, em um ou mais comandos por comutação. Por exemplo, uma primeira placa de acionamento de porta associada ao primeiro bloco do inversor pode ser configurada para receber os um ou mais comandos por comutação e, em seguida, implementar um atraso de comando por comutação, como um atraso de 1 a 2 microssegundos para gerar um primeiro comando por comutação atrasado. O sistema de controle pode então ser configurado para fornecer o primeiro comando por comutação atrasado para um segundo bloco do inversor na pluralidade de blocos do inversor. Por exemplo, a primeira placa de acionamento de porta pode ser configurada para enviar o primeiro comando por comutação atrasado a uma segunda placa de acionamento de porta associada a um segundo bloco do inversor configurado para acionar um ou mais dispositivos de comutação no segundo bloco do inversor. Em uma forma de realização, a pluralidade de placas de acionamento de porta, como a primeira e a segunda placas de acionamento de porta, podem ser dispostas em uma configuração ligada em cascata.
[0019] Além disso, o sistema de controle pode implementar atrasos de comando por comutação adicionais para gerar comandos por comutação atrasados adicionais e fornecer esses comandos por comutação atrasados adicionais a outros blocos do inversor na pluralidade de blocos do inversor. Por exemplo, uma placa de acionamento de porta associada ao segundo bloco do inversor pode ser configurada para implementar um segundo atraso de comando por comutação para gerar um segundo comando por comutação atrasado com base, pelo menos em parte, no primeiro comando por comutação atrasado e ainda pode fornecer o segundo comando por comutação atrasado a um terceiro bloco do inversor na pluralidade de blocos do inversor.
Da mesma forma, as placas de acionamento de porta associadas a cada bloco do inversor podem ser configuradas para implementar um atraso de comando por comutação para gerar um comando por comutação atrasado e podem fornecer o comando por comutação atrasado para outro bloco do inversor, tal como fornecendo o comando por comutação atrasado para uma placa de acionamento de porta a jusante cartão na ligação em cascata. Desta forma, um atraso de comando por comutação pode ser implementado em um ou mais comandos por comutação fornecidos a cada bloco do inversor em um conversor de energia.
[0020] Em uma forma de realização, o atraso do comando por comutação pode ser baseado, pelo menos em parte, no número de blocos no conversor. Por exemplo, os um ou mais comandos por comutação podem incluir um pulso de liga/ desliga configurado para ligar o conversor por um período de tempo antes de desligar o conversor. Por exemplo, um ou mais comandos por comutação podem ser um comando para ligar o conversor de energia por um período de 20 microssegundos. Os um ou mais comandos por comutação podem ser fornecidos a um primeiro bloco do inversor e um sistema de controle pode implementar um atraso de comando por comutação, como um atraso de 1 microssegundo, para gerar um comando por comutação atrasado e fornecer o comando por comutação atrasado a um segundo bloco do inversor.
Da mesma forma, o sistema de controle pode ser configurado para implementar um atraso de comando por comutação para cada bloco sucessivo do inversor. Por exemplo, em um conversor de energia com seis blocos do inversor, um atraso de comando por comutação pode ser implementado pelo sistema de controle antes de fornecer o comando por comutação atrasado para o segundo ao sexto blocos do inversor. Assim, se, por exemplo, um retardo de 1 microssegundo for implementado para cada um do segundo ao sexto blocos do inversor, um atraso total compreendendo o atraso do comando por comutação para cada um dos segundo ao sexto blocos do inversor somados seria de 5 microssegundos. Em uma forma de realização, o atraso total (por exemplo, 5 microsegundos) pode ser mais curto do que o no período dos pulsos de ligar/ desligar (por exemplo, 20 microssegundos).
[0021] Em uma forma de realização, os um ou mais comandos por comutação podem ser um ou mais comandos por comutação configurados para gerar uma saída de pulso fixo. Além disso, em uma forma de realização, o atraso de comando por comutação pode ser um atraso para gerar um deslocamento de fase na saída de pulso fixo para cada bloco do inversor. Além disso, a mudança de fase pode ser baseada, pelo menos em parte, no número de blocos do inversor no conversor. Por exemplo, um conversor pode incluir seis blocos do inversor. Os um ou mais comandos por comutação podem ser um ou mais comandos por comutação para gerar uma saída de pulso fixo, tal como uma saída de tensão total, por um período de tempo especificado. Por exemplo, a saída de pulso fixo pode ser um ciclo de trabalho de dois terços, de modo que uma tensão total seja fornecida por um bloco do inversor por dois terços de meio ciclo e uma tensão zero para um terço do meio ciclo. Os um ou mais comandos por comutação configurados para gerar uma saída de pulso fixo podem ser fornecidas a cada bloco do inversor no conversor. Um atraso de comando por comutação pode ser implementado para gerar um deslocamento de fase na saída de pulso fixo para cada bloco do inversor. Além disso, a saída de pulso fixo para cada bloco do inversor pode ser deslocada de fase a partir da saída de pulso fixo para todos os outros blocos do inversor. Por exemplo, a saída de pulso fixo para cada bloco do inversor pode ser deslocada de fase para gerar uma forma de onda de tensão senoidal. Além disso, a potência média processada por cada bloco do inversor pode ser normalizada, o que pode simplificar o sistema de resfriamento para o conversor de energia, uma vez que todos os blocos do inversor podem processar energia aproximadamente igual.
[0022] Desta forma, os sistemas e métodos de acordo com aspectos exemplificativos da presente divulgação podem ter um efeito técnico de simplificar o sistema de controle necessário para controlar um conversor de energia com uma pluralidade de blocos do inversor, reduzindo o número de dispositivos de controle exigidos pelo sistema de controle. Isso pode reduzir os custos associados ao sistema de controle. Além disso, ao introduzir um atraso, a quantidade de EMI gerada pela pluralidade de blocos do inversor pode ser reduzida, reduzindo assim o tamanho e o custo de um filtro para o conversor de energia. Além disso, os sistemas e métodos de acordo com aspectos exemplificativos da presente divulgação podem permitir que uma forma de onda de tensão de saída desejada seja gerada.
[0023] Com referência agora às figuras, aspectos exemplificativos da presente divulgação serão discutidos em mais detalhes. A Figura 1 representa um sistema de geração de energia eólica (100) de acordo com aspectos exemplificativos da presente divulgação, que inclui um DFIG (120). A presente divulgação será discutida com referência ao sistema de geração de energia eólica exemplificativo (100) da Figura 1 para fins de ilustração e discussão. Aqueles técnicos no assunto, usando as divulgações fornecidas neste documento, devem compreender que aspectos da presente divulgação também são aplicáveis em outros sistemas, tais como sistemas de turbina eólica de conversão de energia total, sistemas de energia solar, sistemas de armazenamento de energia e outros sistemas de energia.
[0024] No exemplo de sistema de geração de energia eólica (100), um rotor (106) inclui uma pluralidade de pás de rotor (108) acopladas a um cubo giratório (110) e, em conjunto, definem uma hélice. A hélice é acoplada a uma caixa de engrenagens opcional (118) que, por sua vez, é acoplada a um gerador (120). De acordo com aspectos da presente divulgação, o gerador (120) é um gerador de indução duplamente alimentado (DFIG) (120).
[0025] O DFIG (120) é tipicamente acoplado a um barramento de estator (154) e um conversor de energia (162) por meio de um barramento de rotor (156). O barramento do estator fornece uma energia multifásica de saída (por exemplo, energia trifásica) de um estator de DFIG (120) e o barramento do rotor (156) fornece uma energia multifásica de saída (por exemplo, energia trifásica) do DFIG (120). O conversor de energia (162) pode ser um conversor de energia bidirecional configurado para fornecer potência de saída para uma rede elétrica (184) e/ ou para receber energia da rede elétrica (184). Como mostrado, o DFIG (120) é acoplado através do barramento do rotor (156) a um conversor do lado do rotor (166). O conversor do lado do rotor (166) é acoplado a um conversor do lado da linha (168) que por sua vez é acoplado a um barramento do lado da linha (188). Uma alimentação de energia auxiliar (não representada) pode ser acoplada ao barramento lateral da linha (188) para fornecer energia para componentes usados no sistema de geração de energia eólica (100), como ventiladores, bombas, motores e outros componentes.
[0026] Em configurações exemplificativas, o conversor do lado do rotor (166) e/ ou o conversor do lado da linha (168) são configurados para o modo de operação normal em um arranjo de modulação de largura de pulso (PWM) trifásico usando MOSFETs de SiC e/ ou IGBTs como dispositivos de comutação. Os MOSFETs de SiC podem comutar em uma frequência muito alta em comparação com os IGBTs convencionais. Por exemplo, os MOSFETs de SiC podem ser comutados em uma frequência de aproximadamente 0,01 Hz a 10 MHz, com uma frequência de comutação típica de 1 KHz a 400 KHz, enquanto os IGBTs podem ser comutados em uma frequência de aproximadamente 0,01 Hz a 200 KHz, com uma frequência de comutação típica de 1 KHz a 20 KHz. Além disso, os MOSFETs de SiC podem fornecer vantagens sobre os MOSFETs comuns quando operados em algumas faixas de tensão. Por exemplo, em conversores de energia operando em 1200V- 1700V no lado LV, os MOSFETs de SiC têm perdas de comutação menores do que os MOSFETs comuns.
[0027] Em algumas implementações, o conversor do lado do rotor (166) e/ ou o conversor do lado da linha (168) podem incluir uma pluralidade de módulos de conversão, cada um associado a uma fase da saída de energia multifásica do gerador de energia, como será discutido em mais detalhe em relação às Figuras 2 e 3. O conversor do lado do rotor (166) e o conversor do lado da linha (168) podem ser acoplados por meio de uma ligação de CC (126) através do qual pode estar um capacitor da ligação de CC (138).
[0028] O conversor de energia (162) pode ser acoplado a um dispositivo de controle (174) para controlar a operação do conversor do lado do rotor (166) e do conversor do lado da linha (168). Deve-se notar que o dispositivo de controle (174), em formas de realização típicas, é configurado como uma interface entre o conversor de energia (162) e um sistema de controle (176).
[0029] Em operação, a energia gerada em DFIG (120) pela rotação do rotor (106) é fornecida por meio de um caminho duplo para a rede elétrica (184). Os caminhos duplos são definidos pelo barramento do estator (154) e o barramento do rotor (156). No lado do barramento do estator (154), multifásica sinusoidal (por exemplo, trifásica) é fornecida ao ponto de fornecimento de energia (por exemplo, rede elétrica (184)). Em particular, a potência de CA fornecida através do barramento do estator (154) pode ser uma potência de CA de média tensão (“MV”). No lado do barramento do rotor (156), potência de CA multifásica sinusoidal (por exemplo, trifásica) é fornecida ao conversor de energia (162). Em particular, a potência de CA fornecida ao conversor de energia (162) através do barramento do rotor (156) pode ser uma potência de CA de baixa tensão (“LV”). O conversor de energia do lado do rotor (166) converte a potência de CA de LV fornecida do barramento do rotor (156) em potência de CC e fornece a potência de CC para a ligação de CC (126).
Dispositivos de comutação (por exemplo, MOSFETs de SiC e/ ou IGBTs) usados em circuitos de ponte paralela do conversor de energia do lado do rotor (166) podem ser modulados para converter a potência de CA fornecida a partir do barramento do rotor (156) em potência de CC adequada para a ligação de CC (126). Essa potência de CC pode ser uma potência de CC de LV.
[0030] Em um sistema de geração de energia eólica (100), o conversor de energia (162) pode ser configurado para converter a potência de CA de LV em potência de CA de MV. Por exemplo, o conversor do lado da linha (168) pode converter a potência de CC de LV na ligação de CC (126) em uma potência de CA de MV adequada para a rede elétrica (184). Em particular, MOSFETs de SiC usados em circuitos de ponte do conversor de energia do lado da linha (168) podem ser modulados para converter a potência de CC na ligação de CC (126) em potência de CA no barramento do lado da linha (188).
Além disso, um ou mais transformadores de isolamento acoplados a um ou mais dos circuitos de ponte podem ser configurados para aumentar ou diminuir a tensão da ligação de CC conforme necessário. Além disso, uma pluralidade de blocos do inversor pode ser conectada em série no lado de MV para intensificar coletivamente a tensão da energia na ligação de CC (126) para uma potência de CA de MV. A potência de CA de MV do conversor de energia (162) pode ser combinada com a energia de MV do estator de DFIG (120) para fornecer energia multifásica (por exemplo, energia trifásica) tendo uma frequência mantida substancialmente na frequência da rede elétrica (184) (por exemplo 50 Hz/ 60 Hz). Desta maneira, o barramento lateral da linha de MV (188) pode ser acoplado ao barramento do estator de MV (154) para fornecer tal energia multifásica.
[0031] Vários disjuntores e comutadores, como disjuntor (182), comutador de sincronização do estator (158), etc. podem ser incluídos no sistema de geração de energia eólica (100) para isolar os vários componentes conforme necessário para a operação normal do DFIG (120) durante conexão e desconexão da rede elétrica (184). Desta forma, tais componentes podem ser configurados para conectar ou desconectar barramentos correspondentes, por exemplo, quando o fluxo de corrente é excessivo e pode danificar componentes do sistema de geração de energia eólica (100) ou para outras considerações operacionais. Componentes de proteção adicionais também podem ser incluídos no sistema de geração de energia eólica (100). Por exemplo, conforme representado na Figura 1, um circuito de proteção por curto-circuito multifásico (190) pode ser incluído para proteger contra uma condição de sobretensão que danifica os circuitos do sistema de geração de energia eólica (100).
[0032] O conversor de energia (162) pode receber sinais de controle de, por exemplo, o sistema de controle (176) através do dispositivo de controle (174). Os sinais de controle podem ser baseados, entre outras coisas,
em condições detectadas ou características operacionais do sistema de geração de energia eólica (100). Normalmente, os sinais de controle fornecem controle da operação do conversor de energia (162). Por exemplo, a retroalimentação na forma de velocidade detectada do DFIG (120) pode ser usada para controlar a conversão da potência de saída do barramento do rotor (156) para manter um fornecimento de energia multifásica adequada e equilibrada (por exemplo, trifásica). Outra retroalimentação de outros sensores também pode ser usada pelo dispositivo de controle (174) para controlar o conversor de energia (162), incluindo, por exemplo, tensões de barramento de rotor e de estator e retroalimentações de corrente. Usando as várias formas de informação de retroalimentação, sinais de controle de comutação (por exemplo, comandos de temporização de porta para dispositivos de comutação), sinais de controle de sincronização do estator e sinais de disjuntor podem ser gerados.
[0033] Com referência agora à Figura 2, uma topologia de um componente em um conversor CC para CC para CA é representada. A Figura 2 representa um exemplo de bloco do inversor de CC para CC para CA (206), que pode ser incluído em um módulo de conversão (200) de um conversor do lado da linha (168), como representado na Figura 3. Cada bloco do inversor (206) pode incluir uma pluralidade de entidades de conversão. Por exemplo, o bloco do inversor (206) pode incluir a primeira entidade de conversão (212), uma segunda entidade de conversão (214) e uma terceira entidade de conversão (216). Cada entidade de conversão (212 - 216) pode incluir uma pluralidade de circuitos de ponte acoplados em paralelo. Por exemplo, a entidade de conversão (216) inclui circuito de ponte (218) e circuito de ponte (220). Conforme indicado, cada circuito de ponte pode incluir uma pluralidade de dispositivos de comutação acoplados em série. Por exemplo, o circuito de ponte (220) inclui um dispositivo de comutação superior (222) e um dispositivo de comutação inferior (224). Os dispositivos de comutação podem ser
MOSFETs de SiC, que podem ser operados em frequências de comutação mais altas do que os IGBTs convencionais. Como mostrado, o bloco do inversor (206) inclui ainda um transformador de isolamento (226). O transformador de isolamento (226) pode ser acoplado à entidade de conversão (212) e à entidade de conversão (214). Como mostrado, o bloco do inversor (206) pode incluir ainda capacitores (228) e (230). Por exemplo, um capacitor (230) pode ser conectado através de uma ligação de CC entre a segunda entidade de conversão (214) e a terceira entidade de conversão (216).
[0034] A primeira entidade de conversão (212), o transformador de isolamento (226) e a segunda entidade de conversão (214) podem definir juntos um conversor interno (240). O conversor interno (240) pode ser operado para converter uma potência de CC de LV a partir da ligação de CC (126) para uma potência de CC de MV. Em uma forma de realização, o conversor interno (240) pode ser um conversor ressonante de alta frequência. Em uma configuração de conversor ressonante, um capacitor ressonante (232) pode ser incluído no conversor interno (240). Em várias formas de realização, um capacitor ressonante (232) pode ser incluído em um lado da ligação de CC do transformador de isolamento (226) como representado na Figura 2, em um lado da rede do transformador de isolamento (226) (não representado), ou em ambos os lados da ligação de CC e da rede do transformador de isolamento (226) (não representados). Em outra forma de realização, o conversor interno (240) pode ser um conversor comutado por hardware removendo o capacitor ressonante (232). A terceira entidade de conversão (216) também pode ser referida como um conversor externo (216). O conversor externo (216) pode converter uma potência de CC de LV do conversor interno em uma potência de CA de LV adequada para uso em uma rede elétrica (184). Em uma aplicação típica, o conversor externo (216) pode ser um conversor comutado por hardware e, portanto, não inclui um capacitor ressonante.
[0035] A Figura 3 representa um exemplo de conversor lateral de linha (168) de acordo com exemplos de formas de realização da presente divulgação. Como mostrado, o conversor do lado da linha (168) inclui o módulo de conversão (200), o módulo de conversão (202) e o módulo de conversão (204). Os módulos de conversão (200 - 204) podem ser configurados para receber uma potência de CC de LV do conversor do lado do rotor (166), e converter a potência de CC de LV para uma potência de CA de MV para alimentar a rede elétrica (184). Cada módulo de conversão (200 - 204) está associado a uma fase única de potência de CA de saída trifásica. Em particular, o módulo de conversão (200) está associado à saída da fase A da potência de saída trifásica, o módulo de conversão (202) está associado à saída da fase B da potência de saída trifásica e o módulo de conversão (204) é associado à saída da fase C da potência de saída trifásica.
[0036] Cada módulo de conversão (200 - 204) inclui uma pluralidade de blocos do inversor (206 - 210). Por exemplo, como mostrado, o módulo de conversão (200) inclui o bloco do inversor (206), o bloco do inversor (208) e o bloco do inversor (210). Em uma forma de realização, cada módulo de conversão (200 - 204) pode incluir qualquer número de blocos do inversor (206 - 210). O conversor do lado da linha (168) pode ser um conversor de energia bidirecional. O conversor do lado da linha (168) pode ser configurado para converter uma potência de CC de LV para uma potência de CA de MV e vice-versa. Por exemplo, ao fornecer energia para a rede elétrica (184), o conversor do lado da linha (168) pode ser configurado para receber uma potência de CC de LV da ligação de CC (126) em um lado de LV do conversor do lado da linha (168), e emitir uma potência de CA de MV em um lado de MV do conversor do lado da linha (168). Os blocos do inversor (206 - 210) podem ser acoplados entre si em paralelo no lado de LV e podem ser acoplados entre si em série no lado de MV.
[0037] Em uma implementação exemplificativa particular, ao fornecer energia para a rede elétrica (184), a entidade de conversão (212) pode ser configurada para converter a CC de LV na ligação de CC (126) para uma potência de CA de LV. O transformador de isolamento (226) pode ser configurado para fornecer isolamento. A entidade de conversão (214) pode ser configurada para converter a potência de CA de LV em uma potência de CC de LV. A entidade de conversão (216) pode ser configurada para converter a potência de CC de LV em uma potência de CA de LV adequada para fornecimento à rede elétrica (184). Uma pluralidade de blocos do inversor pode ser conectada em série para construir uma tensão de CA de MV adequada para uso em uma rede elétrica de CA de MV.
[0038] Os blocos do inversor (206 - 210) podem ser configurados para contribuir para a potência de CA de MV geral fornecida pelo módulo de conversão (200). Desta forma, qualquer número adequado de blocos do inversor pode ser incluído dentro dos módulos de conversão (200 - 204).
Conforme indicado, cada módulo de conversão (200 - 204) está associado a uma única fase de potência de saída. Desta forma, os dispositivos de comutação dos módulos de conversão (200 - 204) podem ser controlados usando comandos de temporização de porta adequados (por exemplo, fornecidos por um ou mais circuitos acionadores adequados) para gerar a fase apropriada de potência de saída a ser fornecida à rede elétrica. Por exemplo, o dispositivo de controle (174) pode fornecer comandos de temporização de porta adequados para as portas dos dispositivos de comutação dos circuitos de ponte. Os comandos de temporização de porta podem controlar a modulação de largura de pulso dos MOSFETs de SiC e/ ou IGBTs para fornecer uma saída desejada.
[0039] Será apreciado que, embora a Figura 3 represente apenas o conversor do lado da linha (168), o conversor do lado do rotor (166)
representado na Figura 2 pode incluir a mesma topologia ou similar. Em particular, o conversor do lado do rotor (166) pode incluir uma pluralidade de módulos de conversão tendo uma ou mais entidades de conversão conforme descritas com referência ao conversor do lado da linha (168). Além disso, será apreciado que o conversor do lado da linha (168) e o conversor do lado do rotor (166) podem incluir MOSFETs de SiC, dispositivos de comutação de IGBT e/ ou outros dispositivos de comutação adequados. Em implementações em que o conversor do lado do rotor (166) é implementado usando os MOSFETs de SiC, o conversor do lado do rotor (166) pode ser acoplado a um circuito de proteção por curto-circuito (por exemplo, circuito de proteção por curto-circuito multifásico (190) para proteger os MOSFETs de SiC de alta corrente do rotor durante certas condições de falha.
[0040] Com referência agora à Figura 4, uma porção de um exemplo de conversor de energia é representada. Elementos que são iguais ou semelhantes aos das Figuras 1 - 3 são referidos com os mesmos números de referência. Como mostrado, um bloco do inversor (206) é representado junto com um dispositivo de controle (174). O dispositivo de controle (174) pode ser configurado para controlar a operação de um bloco do inversor (206), por exemplo, fornecendo um ou mais comandos por comutação para operar os dispositivos de comutação do bloco do inversor (206).
[0041] Por exemplo, como mostrado, um dispositivo de controle (174) pode fornecer um ou mais comandos por comutação para uma primeira placa de acionamento de porta (402A) associada com a terceira entidade de conversão (216). A primeira placa de acionamento de porta (402A) pode ser configurada para receber um ou mais comandos por comutação do dispositivo de controle (174) e ainda ser configurado para operar os dispositivos de comutação individuais na terceira entidade de conversão (216). Por exemplo, a primeira placa de acionamento de porta (402A) pode operar os dispositivos de comutação na terceira entidade de conversão (216) para emitir uma forma de onda de voltagem particular com base, pelo menos em parte, em um ou mais comandos por comutação.
[0042] Além disso, como mostrado, a primeira placa de acionamento de porta (402A) pode ser conectada a uma segunda placa de acionamento de porta (404A). Semelhante à primeira placa de acionamento de porta (402A), a segunda placa de acionamento de porta (404A) pode ser configurada para controlar a operação dos dispositivos de comutação na segunda entidade de conversão (214). Da mesma forma, a terceira placa de acionamento de porta (406A) pode ser conectada a uma segunda placa de acionamento de porta (404A) e a terceira placa de acionamento de porta (406A) pode ser configurada para controlar a operação dos dispositivos de comutação na primeira entidade de conversão (212). Por exemplo, o dispositivo de controle (174) pode ser conectado à primeira placa de acionamento de porta (402A) por um ou mais cabos de fibra óptica e um ou mais cabos de fibra óptica podem ser conectados entre a primeira placa de acionamento de porta (402A) e a segunda placa de acionamento de porta (404A) e entre a segunda placa de acionamento de porta (404A) e a terceira placa de acionamento de porta (406A).
[0043] A primeira placa de acionamento de porta (402A) pode ainda ser ligada em cascata a outros blocos do inversor. Por exemplo, o primeira placa de acionamento de porta (402A) associada a um primeiro bloco do inversor (206A) pode ser conectado a uma primeira placa de acionamento de porta (402B) associada a um segundo bloco do inversor (206B), como representado na Figura 4. Além disso, a primeira placa de acionamento de porta (402A) pode ser configurada para implementar um atraso de disparo, como um atraso de 1 a 2 microssegundos, para gerar um comando por comutação atrasado. A primeira placa de acionamento de porta (402A) pode ainda ser configurada para fornecer o comando por comutação atrasado para uma segunda placa de acionamento de porta, tal como a primeira placa de acionamento de porta (402B) associada a um segundo bloco do inversor (206B).
[0044] Com referência agora à Figura 5, um sistema de controle exemplificativo (500) de acordo com aspectos exemplificativos da presente divulgação é representado. Elementos que são iguais ou semelhantes aos das Figuras 1 - 4 são referidos com os mesmos números de referência. Como mostrado, um dispositivo de controle (174) pode ser configurado para fornecer um ou mais comandos por comutação para uma primeira placa de acionamento de porta (402A) associada a um primeiro bloco do inversor (206A). Conforme representado, a primeira placa de acionamento de porta (402A) pode ser conectada a uma segunda placa de acionamento de porta (404A), que pode ser conectada a uma terceira placa de acionamento de porta (406A), ambas as quais também estão associadas ao primeiro bloco do inversor (206A). Além disso, como representado, a primeira placa de acionamento de porta (402A) pode ser disposta em uma configuração ligada em cascata com uma segunda placa de acionamento de porta (402B) associada a um segundo bloco do inversor (206B), que pode ser arranjado de forma semelhante em uma configuração de ligação em cascata com uma terceira placa de acionamento de porta (402C) associada com um terceiro bloco do inversor (206C). Qualquer número de blocos do inversor e placas de acionamento de porta associadas (402) podem ser dispostos de maneira semelhante em uma configuração ligação em cascata. Por exemplo, como mostrado na Figura 5, seis placas de acionamento de porta (402A-F) são dispostas em uma configuração de ligação em cascata, com cada placa de acionamento de porta (402) associada a um bloco do inversor ligado em cascata a pelo menos uma das uma ou mais placas de acionamento de porta associadas de outro bloco do inversor. Além disso, cada placa de acionamento de porta (402) associada a um bloco do inversor pode ser conectada a placas de acionamento de porta (404) e (406), como representado na Figura 5.
[0045] Conforme representado na Figura 5, um ou mais comandos por comutação podem ser fornecidos pelo dispositivo de controle (174) para uma primeira placa de acionamento de porta (402A). Por exemplo, como mostrado, o comando por comutação (502A) pode ser fornecido pelo dispositivo de controle (174). O comando por comutação (502A) pode ser, por exemplo, um pulso de liga/ desliga configurado para ligar o conversor por um período de tempo antes de desligar o conversor. Por exemplo, conforme representado, o comando por comutação (502A) do tempo 0 ao tempo I é um comando desligado, do tempo I ao tempo III é um comando ligado e do tempo III em diante é um comando desligado.
[0046] O sistema de controle (500) pode ser configurado para implementar um comando por comutação atrasado para gerar um primeiro comando por comutação atrasado (502B) com base, pelo menos em parte, em um ou mais comandos por comutação. Por exemplo, uma primeira placa de acionamento de porta (402A) pode ser configurada para implementar um atraso de comando por comutação, como um atraso de comando por comutação de 1 a 2 microssegundos, para gerar um primeiro comando por comutação atrasado (502B). Além disso, o primeiro comando por comutação atrasado (502B) pode ser fornecido pelo sistema de controle para um segundo bloco do inversor. Por exemplo, a primeira placa de acionamento de porta (402A) associada ao primeiro bloco do inversor (206A) pode fornecer o primeiro comando por comutação atrasado (502B) para a primeira placa de acionamento de porta (402B) associada a um segundo bloco do inversor (206B). Da mesma forma, a primeira placa de acionamento de porta (402B) associada ao segundo bloco do inversor (206B) pode ser configurada para implementar um segundo atraso de comando por comutação para gerar um segundo comando por comutação atrasado (502C) com base, pelo menos em parte, no primeiro comando por comutação atrasado (502B). Além disso, o sistema de controle pode fornecer o segundo comando por comutação atrasado (502C) a um terceiro bloco do inversor (206C), tal como, por exemplo, ao fornecer o segundo comando por comutação atrasado (502C) da primeira placa de acionamento de porta (402B) associada ao segundo bloco do inversor (206B) para uma primeira placa de acionamento de porta (402C) associada a um terceiro bloco do inversor (206C). Da mesma forma, o terceiro comando por comutação atrasado (502D) pode ser gerada e fornecida a um quarto bloco do inversor (206D), um quarto comando por comutação atrasado (502E) pode ser fornecido a um quinto bloco do inversor (206E) e um quinto comando por comutação atrasado (502F) pode ser fornecido a um sexto bloco do inversor (206F). Desta forma, o sistema de controle (500) pode implementar um atraso de comando por comutação para gerar comandos por comutação atrasados com base, pelo menos em parte, em um ou mais comandos por comutação.
Além disso, desta forma, o sistema de controle (500) pode fornecer os um ou mais comandos por comutação atrasados para blocos do inversor a jusante (206) na configuração de ligação em cascata.
[0047] Em uma forma de realização, o atraso de comando por comutação pode ser baseado, pelo menos em parte, no número de blocos do inversor no conversor. Por exemplo, um atraso total (T) pode ser definido como o atraso de comando por comutação para cada bloco do inversor (206A-F) somados, como representado na Figura 5. O atraso total (T) pode ser um atraso que é mais curto do que o no período do pulso de ligar/ desligar em um ou mais comandos por comutação (502A). Por exemplo, o pulso de ligar/ desligar pode ser um ou mais comandos por comutação para ligar todos os blocos do inversor (206) em um conversor de modo que todos os blocos do inversor (206) estejam contribuindo para uma tensão de saída total do conversor. De modo a gerar a tensão de saída desejada, o atraso total (T) pode ser mais curto do que o no período do pulso de ligar/ desligar, de modo que todos os blocos do inversor (206) contribuem para a voltagem de saída para pelo menos uma porção no período, como representado na Figura 5.
[0048] Com referência agora às Figuras 6 e 7, ilustrações gráficas de EMI geradas por conversores são representadas. A Figura 6 representa um espectro EMI para várias frequências em um conversor no qual nenhum atraso é implementado nos comandos por comutação fornecidos aos blocos do inversor (206) do conversor. O EMI pode ser gerado por indução eletromagnética de componentes no conversor devido à rápida mudança na tensão ao longo do tempo (dv/ dt). Por exemplo, um bloco do inversor utilizando MOSFETs de SiC pode ser configurado para ligar de 0 V a 1000 V em 25 nanossegundos; assim, a mudança na tensão ao longo do tempo (dv/ dt) pode ser de 40 kV/ microssegundo. Além disso, em um conversor que utiliza seis blocos do inversor, quando todos os blocos do inversor são ligados ao mesmo tempo, a mudança na tensão ao longo do tempo pode ser de 240 kV/ microssegundo. No entanto, ao implementar um atraso de 1 microssegundo entre os blocos do inversor para um atraso total de 5 microssegundos, o dv/ dt para a transição de 6000 volts é reduzido para 1,2 kV/ microssegundo. Ao implementar um atraso, o EMI gerado pelos blocos do inversor (206) pode ser reduzido significativamente.
[0049] Por exemplo, a Figura 7 representa um espectro de EMI para várias frequências em um conversor no qual um atraso de 2 microssegundos foi implementado em comandos por comutação fornecidos aos blocos do inversor (206) do conversor. Como mostrado na Figura 7, o EMI gerado pelos blocos do inversor ao longo do mesmo espectro de frequência é significativamente reduzido em comparação com o espectro de EMI no qual nenhum atraso foi implementado como representado na Figura 6. Ao implementar um atraso, a quantidade de EMI gerada pode ser reduzida, o que pode permitir o uso de um filtro menor em um conversor de energia para condicionar a saída de energia em uma forma adequada para uso em uma rede elétrica. Isso pode reduzir os custos de um sistema de conversão de energia, uma vez que filtros maiores são normalmente mais caros do que filtros menores.
[0050] Com referência agora à Figura 8, uma estratégia de comutação de acordo com aspectos exemplificativos da presente divulgação é representada. A Figura 8 representa uma pluralidade de comandos por comutação, cada uma configurada para gerar uma saída de pulso fixo. Por exemplo, um primeiro comando por comutação (802A) pode ser fornecida a um primeiro bloco do inversor (206A) para ligar um conversor interno (240) e um conversor externo (216) simultaneamente por um período de tempo. Por exemplo, como representado, o primeiro comando por comutação (802A) é um comando por comutação de ciclo de trabalho de dois terços de modo que uma voltagem total é fornecida pelo primeiro bloco do inversor (206A) para dois terços de meio ciclo e uma voltagem zero para um terço do meio ciclo.
[0051] Da mesma forma, um segundo comando por comutação (802B) pode ser fornecido a um segundo bloco do inversor (206B), um terceiro comando por comutação (802C) pode ser fornecido a um terceiro bloco do inversor (206C), um quarto comando por comutação (802B) pode ser fornecido a um quarto bloco do inversor (206D), um quinto comando por comutação (802E) pode ser fornecido a um quinto bloco do inversor (206E) e um sexto comando por comutação (802F) pode ser fornecido a um sexto bloco do inversor (206F).
[0052] No entanto, conforme representado na Figura 8, cada um dos comandos por comutação (802B-F) pode ser deslocado por um ou mais deslocamentos de fase. Por exemplo, um segundo comando por comutação (802B) foi deslocado por um deslocamento de fase “P”, que pode ser realizado implementando um atraso de comando por comutação para gerar o deslocamento de fase. Por exemplo, um sistema de controle pode ser configurado para gerar um comando por comutação atrasado, como um segundo comando por comutação (802B), implementando atraso de comando por comutação para gerar um deslocamento de fase P na saída de pulso fixo gerada por um ou mais comandos por comutação, tal como um primeiro comando por comutação (802A). Da mesma forma, um sistema de controle pode implementar atrasos de comando por comutação adicionais para gerar mudanças de fase adicionais nas saídas de pulso fixas geradas pelos comandos por comutação (802C-F).
[0053] Além disso, a mudança de fase para um comando por comutação pode ser baseado, pelo menos em parte, no número de blocos do inversor no conversor. Por exemplo, uma mudança de fase pode ser gerada atrasando os um ou mais comandos por comutação para gerar uma saída de pulso fixo com base no número de blocos do inversor em um conversor. Em uma forma de realização, um deslocamento de fase pode ser usado para gerar uma forma de onda de saída senoidal, deslocando a saída de pulso fixo para cada bloco do inversor por um deslocamento de fase P, que pode ser calculado dividindo 360 graus pelo número de módulos. Por exemplo, em um conversor com seis blocos do inversor, um deslocamento de fase P pode corresponder a um deslocamento de fase de 60 graus, enquanto em um conversor com cinco blocos do inversor, um deslocamento de fase P pode corresponder a um deslocamento de fase de 72 graus. Além disso, o ciclo de trabalho de pulso fixo pode ser modulado para gerar uma saída de tensão de pico particular.
[0054] Desta forma, um atraso de comando por comutação pode ser usado para gerar uma mudança de fase e pode ser implementado em um ou mais comandos por comutação configurados para gerar uma saída de pulso fixo a fim de gerar uma forma de onda de voltagem desejada, tal como uma forma de onda senoidal adequada para uso em uma rede elétrica de corrente alternada. Além disso, a potência média processada por cada bloco do inversor em tal configuração pode ser normalizada entre os blocos do inversor, equalizando as tensões térmicas nos blocos do inversor. Além disso, isso pode simplificar um sistema de resfriamento para um conversor porque todos os blocos do inversor terão requisitos de resfriamento aproximadamente iguais.
[0055] Com referência agora à Figura 9, um método de controle exemplificativo (900) para operar um conversor de acordo com aspectos exemplificativos da presente divulgação é representado. Um conversor pode incluir uma pluralidade de blocos do inversor. Cada bloco do inversor pode incluir um ou mais MOSFETS de SiC. Por exemplo, cada bloco do inversor pode ser um bloco do inversor CC para CC para CA, que pode incluir uma primeira entidade de conversão, uma segunda entidade de conversão, uma terceira entidade de conversão e um transformador de isolamento. Cada bloco do inversor pode incluir uma pluralidade de dispositivos de comutação, que podem ser um ou mais MOSFETS de SiC. O conversor pode ser, por exemplo, um conversor do lado da linha (168) em um sistema de geração de energia eólica (100).
[0056] Em (902), o método de controle (900) pode incluir o fornecimento, por um sistema de controle, de um ou mais comandos por comutação para um primeiro bloco do inversor na pluralidade de blocos do inversor. Por exemplo, um primeiro comando por comutação (502A/ 802A) pode ser fornecido por um dispositivo de controle (174) a uma primeira placa de acionamento de porta (402A) associada a um primeiro bloco do inversor (206A). A primeira placa de acionamento de porta (402A) pode ser configurada para acionar um ou mais dispositivos de comutação, como um ou mais
MOSFETs de SiC, no primeiro bloco do inversor (206A).
[0057] Em (904), o método de controle (900) pode incluir a implementação de um atraso de comando por comutação para gerar um primeiro comando por comutação atrasado com base, pelo menos em parte, em um ou mais comandos por comutação. Por exemplo, uma primeira placa de acionamento de porta (402A) pode ser configurada para implementar um atraso de comando por comutação, como um atraso de 1 a 2 microssegundos, para gerar um primeiro comando por comutação atrasado (502B). Além disso, um atraso de comando por comutação pode ser um atraso configurado para gerar um deslocamento de fase em uma saída de pulso fixo para um bloco do inversor. Por exemplo, um atraso de comando por comutação pode ser implementado para gerar um segundo comando por comutação (802B) deslocado por uma mudança de fase P.
[0058] Em (906), o método de controle (900) pode incluir fornecer o primeiro comando por comutação atrasado para um segundo bloco do inversor na pluralidade de blocos do inversor. Por exemplo, uma primeira placa de acionamento de porta (402A) associada a um primeiro bloco do inversor (206A) pode fornecer o primeiro comando por comutação atrasado (502B)/ (802B) a uma primeira placa de acionamento de porta (402B) associada a um segundo bloco do inversor (206B). A primeira placa de acionamento de porta (402B) pode, então, fornecer o primeiro comando por comutação atrasado (502B)/ (802B) para o segundo bloco do inversor (206B). Em uma forma de realização, a primeira placa de acionamento de porta (402A) associada ao primeiro bloco do inversor (206A) e a primeira placa de acionamento de porta (402B) associada ao segundo bloco do inversor (206B) podem ser dispostas em uma configuração ligada em cascata.
[0059] Em (908), o método de controle (900) pode incluir a implementação de um atraso de comando por comutação para gerar um segundo comando por comutação com base, pelo menos em parte, no primeiro comando por comutação atrasado. Por exemplo, uma primeira placa de acionamento de porta (402B) pode ser configurada para implementar um segundo atraso de comando por comutação, como um atraso de 1 a 2 microssegundos, para gerar um segundo comando por comutação atrasado (502C). Além disso, um atraso de comando por comutação pode ser um atraso configurado para gerar um segundo deslocamento de fase em uma saída de pulso fixo para um bloco do inversor. Por exemplo, um atraso de comando por comutação pode ser implementado para gerar um terceiro comando por comutação (802C) deslocado por uma mudança de fase P.
[0060] Em (910), o método de controle (900) pode incluir fornecer o segundo comando por comutação atrasado a um terceiro bloco do inversor na pluralidade de blocos do inversor. Por exemplo, uma primeira placa de acionamento de porta (402B) associada a um segundo bloco do inversor (206B) pode fornecer o segundo comando por comutação atrasado (502C)/ (802C) para uma primeira placa de acionamento de porta (402C) associada a um terceiro bloco do inversor (206C). A primeira placa de acionamento de porta (402C) pode, então, fornecer o primeiro comando por comutação atrasado (502C)/ (802C) para o terceiro bloco do inversor (206C). Em uma forma de realização, a primeira placa de acionamento de porta (402B) associada ao segundo bloco do inversor (206B) e a primeira placa de acionamento de porta (402C) associada ao terceiro bloco do inversor (206C) podem ser dispostas em uma configuração de ligação em cascata.
[0061] A Figura 10 representa um dispositivo de controle exemplificativo (1000) de acordo com aspectos exemplificativos da presente divulgação. O dispositivo de controle (1000) pode ser usado, por exemplo, como um dispositivo de controle (174) ou um sistema de controle (176) em um sistema de geração de energia eólica (100). O dispositivo de controle (1000)
pode incluir um ou mais dispositivos de computação (1100). O(s) dispositivo(s) de computação (1100) podem incluir um ou mais processador(es) (1100A) e um ou mais dispositivos de memória (1100B). O um ou mais processador(es) (1100A) podem incluir qualquer dispositivo de processamento adequado, como um microprocessador, dispositivo de microcontrole, circuito integrado, dispositivo lógico e/ ou outro dispositivo de processamento adequado. O um ou mais dispositivos de memória (1100B) podem incluir uma ou mais mídias legíveis por computador, incluindo, mas não se limitando a, mídia legível por computador não transitória, RAM, ROM, discos rígidos, unidades flash e/ ou outra memória dispositivos.
[0062] O um ou mais dispositivos de memória (1100B) podem armazenar informações acessíveis por um ou mais processador(es) (1100A), incluindo instruções legíveis por computador (1100C) que podem ser executadas por um ou mais processadores (1100A). As instruções (1100C) podem ser qualquer conjunto de instruções que, quando executadas por um ou mais processador(es) (1100A), fazem com que um ou mais processador(es) (1100A) executem operações. Em algumas formas de realização, as instruções (1100C) podem ser executadas por um ou mais processador(es) (1100A) para fazer com que um ou mais processador(es) (1100A) executem operações, como qualquer uma das operações e funções para as quais o sistema de computação (1000) e/ ou o(s) dispositivo(s) de computação (1100) são configurados, as operações para controlar um conversor (por exemplo, método de controle (900), conforme descrito neste documento, e/ ou quaisquer outras operações ou funções de um ou mais dispositivo(s) de computação (1100). As instruções (1100C) podem ser escritas por software em qualquer linguagem de programação adequada ou podem ser implementadas em hardware. Além disso, e/ ou alternativamente, as instruções (1100C) podem ser executadas em threads logicamente e/ ou virtualmente separados no(s) processador(es)
(1100A). O(s) dispositivo(s) de memória (1100B) podem ainda armazenar dados (1100D) que podem ser acessados pelo(s) processador(es) (1100A). Por exemplo, os dados (1100D) podem incluir dados indicativos de fluxos de energia, fluxos de corrente, temperaturas, tensões reais, tensões nominais, comandos por comutação, padrões de comutação e/ ou quaisquer outros dados e/ ou informações aqui descritos.
[0063] O(s) dispositivo(s) de computação (1100) também podem incluir uma interface de rede (1100E) usada para se comunicar, por exemplo, com os outros componentes do sistema (1000) (por exemplo, através de uma rede). A interface de rede (1100E) pode incluir quaisquer componentes adequados para fazer interface com uma ou mais rede(s), incluindo, por exemplo, transmissores, receptores, portas, dispositivos de controle, antenas e/ ou outros componentes adequados. Por exemplo, a interface de rede (1100E) pode ser configurada para se comunicar com um ou mais sensores em um sistema de geração de energia eólica (100), tais como um ou mais sensores de tensão ou sensores de temperatura. Além disso, a interface de rede (1100) pode ser configurada para se comunicar com um sistema de controle, como um sistema de controle (176), ou dispositivo de controle, como um dispositivo de controle (174).
[0064] A tecnologia aqui discutida faz referência a sistemas baseados em computador e ações tomadas por e informações enviadas de e para sistemas baseados em computador. Um técnico no assunto reconhecerá que a flexibilidade inerente dos sistemas baseados em computador permite uma grande variedade de configurações, combinações e divisões de tarefas e funções possíveis entre os componentes. Por exemplo, os processos discutidos neste documento podem ser implementados usando um único dispositivo de computação ou vários dispositivos de computação trabalhando em combinação. Bancos de dados, memória, instruções e aplicativos podem ser implementados em um único sistema ou distribuídos em vários sistemas.
Os componentes distribuídos podem operar sequencialmente ou em paralelo.
[0065] A presente divulgação é discutida com referência aos sistemas de geração de energia DFIG, incluindo um conversor de energia utilizando MOSFETs de SiC para fins de ilustração e discussão. Aqueles técnicos no assunto, usando as divulgações fornecidas neste documento, compreenderão que outros sistemas e/ ou topologias de geração de energia podem se beneficiar de aspectos exemplificativos da presente divulgação. Por exemplo, os esquemas de aterramento e proteção divulgados neste documento podem ser usados em um sistema eólico, solar, de turbina a gás ou outro sistema de geração de energia adequado. Embora características específicas de várias formas de realização possam ser mostradas em alguns desenhos e não em outros, isso é apenas por conveniência. De acordo com os princípios da presente divulgação, qualquer característica de um desenho pode ser referenciada e/ ou reivindicada em combinação com qualquer característica de qualquer outro desenho.
[0066] Esta descrição escrita usa exemplos para divulgar a invenção, incluindo o melhor modo, e também para permitir que qualquer técnico no assunto pratique a invenção, incluindo a fabricação e uso de quaisquer dispositivos ou sistemas e a execução de quaisquer métodos incorporados. O escopo patenteável da invenção é definido pelas reivindicações e pode incluir outros exemplos que ocorram aos técnicos no assunto. Esses outros exemplos se destinam a estar dentro do escopo das reivindicações se incluírem elementos estruturais que não diferem da linguagem literal das reivindicações, ou se incluírem elementos estruturais equivalentes com diferenças insubstanciais das linguagens literais das reivindicações.

Claims (15)

REIVINDICAÇÕES
1. MÉTODO DE CONTROLE (900) PARA OPERAR UM CONVERSOR (162), o conversor (162) compreendendo uma pluralidade de blocos do inversor (206, 208, 210), cada bloco do inversor (206, 208, 210) compreendendo uma pluralidade de dispositivos de comutação, a pluralidade de dispositivos de comutação compreendendo um ou mais MOSFETs de carboneto de silício, caracterizado pelo método compreender: - fornecer (902), por um sistema de controle (500), um ou mais comandos por comutação (502, 802) para um primeiro bloco do inversor (206, 208, 210) na pluralidade de blocos do inversor (206, 208, 210); - implementar (904), pelo sistema de controle (500), um atraso de comando por comutação para gerar um primeiro comando por comutação atrasado (505B, 802B) com base, pelo menos em parte, em um ou mais comandos por comutação (502, 802); e - fornecer (906), pelo sistema de controle (500), o primeiro comando por comutação atrasado (505B, 802B) para um segundo bloco do inversor (206, 208, 210) na pluralidade de blocos do inversor (206, 208, 210).
2. MÉTODO DE CONTROLE (900), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo método de controle (900) compreender ainda: - implementar (908), pelo sistema de controle (500), um segundo atraso de comando por comutação para gerar um segundo comando por comutação atrasado com base, pelo menos em parte, no primeiro comando por comutação atrasado (505B, 802B); e - fornecer (910), pelo sistema de controle (500), o segundo comando por comutação atrasado (502C, 802C) para um terceiro bloco do inversor (206, 208, 210) na pluralidade de blocos do inversor (206, 208, 210).
3. MÉTODO DE CONTROLE (900), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado pelo sistema de controle (500) compreender uma pluralidade de placas de acionamento de porta (402, 404, 406); em que cada placa de acionamento de porta (402, 404, 406) é configurada para fornecer um ou mais comandos por comutação (502, 802) para a pluralidade de dispositivos de comutação em um da pluralidade de blocos do inversor (206, 208, 210); e em que a pluralidade de placas de acionamento de porta (402, 404, 406) é disposta em uma configuração de ligação em cascata.
4. MÉTODO DE CONTROLE (900), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo atraso do comando por comutação ser baseado, pelo menos em parte, no número de blocos do inversor (206, 208, 210) no conversor (162).
5. MÉTODO DE CONTROLE (900), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por um ou mais comandos por comutação (502) compreenderem um pulso de ligar/desligar configurado para ligar o conversor (162) por um período de tempo antes de desligar o conversor (162); em que um atraso total compreende o atraso de comando por comutação para cada bloco do inversor (206, 208, 210) somados; e em que o atraso total é mais curto do que o período de ativação do pulso de ligar/desligar.
6. MÉTODO DE CONTROLE (900), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo atraso do comando por comutação compreender um atraso de 1 a 2 microssegundos.
7. MÉTODO DE CONTROLE (900), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado por um ou mais comandos por comutação (802) compreenderem um ou mais comandos por comutação (802)
configurados para gerar uma saída de pulso fixo.
8. MÉTODO DE CONTROLE (900), de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo atraso do comando por comutação compreender um atraso para gerar um deslocamento de fase na saída de pulso fixo para cada bloco do inversor (206, 208, 210).
9. MÉTODO DE CONTROLE (900), de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo deslocamento de fase ser baseado, pelo menos em parte, no número de blocos do inversor (206, 208, 210) no conversor (162).
10. MÉTODO DE CONTROLE (900), de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por um ou mais comandos por comutação (802) configurados para gerar uma saída de pulso fixo serem fornecidos a cada bloco do inversor (206, 208, 210) no conversor (162); e em que a saída de pulso fixo para cada bloco do inversor (206, 208, 210) é deslocada de fase da saída de pulso fixo para todos os outros blocos do inversor (206, 208, 210).
11. SISTEMA DE CONVERSÃO DE ENERGIA, caracterizado por compreender: - um conversor (162) que compreende uma pluralidade de blocos do inversor (206, 208, 210), cada bloco do inversor (206, 208, 210) compreendendo uma pluralidade de dispositivos de comutação, a pluralidade de dispositivos de comutação compreendendo um ou mais MOSFETs de carboneto de silício; e - um sistema de controle (500) que compreende uma pluralidade de placas de acionamento de porta (402, 404, 406), o sistema de controle (500) configurado para controlar a operação do conversor (162), fornecendo um ou mais comandos por comutação (502, 802) para a pluralidade de blocos do inversor (206, 208, 210);
- em que cada bloco do inversor (206, 208, 210) tem uma ou mais placas de acionamento de porta (402, 404, 406) associadas da pluralidade de placas de acionamento de porta (402, 404, 406) configuradas para fornecer os um ou mais comandos por comutação (502, 802) para a pluralidade de dispositivos de comutação no bloco do inversor (206, 208, 210); e - em que pelo menos uma das uma ou mais placas de acionamento de porta (402, 404, 406) associadas a cada bloco do inversor (206, 208, 210) é ligada em cascata a pelo menos uma das uma ou mais placas de acionamento de porta (402, 404, 406) associadas de outro bloco do inversor (206, 208, 210).
12. SISTEMA DE CONVERSÃO DE ENERGIA, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo sistema de controle (500) ser ainda configurado para implementar um atraso de comando por comutação em comandos por comutação (502, 802) fornecidos pelas placas de acionamento de porta (402, 404, 406).
13. SISTEMA DE CONVERSÃO DE ENERGIA, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo atraso do comando por comutação ser baseado, pelo menos em parte, no número de blocos do inversor (206, 208, 210).
14. SISTEMA DE CONVERSÃO DE ENERGIA, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelos um ou mais comandos por comutação (502, 802) compreenderem um ou mais comandos por comutação (802) configurados para gerar uma saída de pulso fixo; em que um ou mais comandos por comutação (802) configurados para gerar uma saída de pulso fixo são fornecidos a cada bloco do inversor (206, 208, 210) no conversor (162); e em que a saída de pulso fixo para cada bloco do inversor (206, 208, 210) é deslocada de fase da saída de pulso fixo para todos os outros blocos do inversor (206, 208, 210).
15. SISTEMA DE CONVERSÃO DE ENERGIA, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelos um ou mais comandos por comutação (502) compreenderem um pulso de ligar/desligar configurado para ligar o conversor (162) por um período de tempo antes de desligar o conversor (162); em que um atraso total compreende o atraso de comando por comutação para cada bloco do inversor (206, 208, 210) somados; e em que o atraso total é mais curto do que o período ligado do pulso de ligar/desligar.
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