BRPI0614567A2 - método e aparelho para determinar a potência dissipada de um comutador eletrÈnico, método para controlar um inversor que opera de acordo com o processo de banda de toleráncia, inversor, instalação de energia eólica, e, método para controlar ema instalação de energia eólica - Google Patents

Abstract

MéTODO E APARELHO PARA DETERMINAR A POTêNCIA DISSIPADA DE UM COMUTADOR ELETRÈNICO, MéTODO PARA CONTROLAR UM INVERSOR QUE OPERA DE ACORDO COM O PROCESSO DE BANDA DE TOLERáNCIA, INVERSOR, INSTALAçãO DE ENERGIA EóLICA, E, MéTODO PARA CONTROLAR UMA INSTALAçãO DE ENERGIA EóLICA. A invenção refere-se um método para determinar a potência dissipada de um comutador eletrónico. De acordo com o dito método, o valor transiente de uma grandeza física é detectada, um valor correlacionado com valor instatâneo é interrogado a partir de uma primeira memória, ambos valores são processdos conjuntamente em uma maneira predeterminada, e o resultado da etapa de processamento é fornecido.

Description

"MÉTODO E APARELHO PARA DETERMINAR A POTÊNCIA DISSIPADA DE UM COMUTADOR ELETRÔNICO, MÉTODO PARA CONTROLAR UM INVERSOR QUE OPERA DE ACORDO COM O PROCESSO DE BANDA DE TOLERÂNCIA, INVERSOR, INSTALAÇÃO DE ENERGIA EÓLICA, E, MÉTODO PARA CONTROLAR UMA INSTALAÇÃO DE ENERGIA EÓLICA"

A presente invenção refere-se a um método e um aparelho para determinar potência dissipada de um comutador eletrônico. A invenção ainda se refere a um inversor e um método para controlar um inversor e uma instalação de energia eólica.

Os seguintes documentos são conhecidos como o estado da arte: US No 2004/0196678 Al, US No. 2004/0125523 Al, US No. 5 841 262 A, US No. Al, DE 101 41 125 Al, DE 103 19 354 Al, DE 35 26 836 Al, DE .39 05 701 Al, EP O 397 514 A2, WO 02/080343 Al;WO 2004/012326 Al, WO 03/065567 Al e WO 02/07315 Al.

Inversores atuais freqüentemente usam comutadores na forma do que são referidos como IGBTs a fim de produzir uma corrente alternada a partir de uma corrente, a estrutura de tais inversores sendo conhecida por si. Os comutadores muito inevitavelmente apresentam perdas produzidas por comutação, que podem ser calculadas com base em fórmulas conhecidas. E para ser notado a este respeito que diodos de via livre associados com um IGBT devem ser também abrangido pelo termo 'comutador'.

No projeto de um inversor, por conseguinte, os parâmetros de operação podem ser definidos e usados como a base para cálculo. Para que o cálculo e a realidade estejam em conformidade, aqueles parâmetros têm que ser mantidos durante a operação do inversor.

Na prática, o controle do inversor é freqüentemente efetuado com a temperatura de comutador sendo monitorada. Este controle é baseado no fato de que os comutadores aumentam em temperatura devido às perdas e, assim, o aumento em temperatura é uma medida de tais perdas. Se agora a monitoração de temperatura detectar que um predeterminado valor limite é excedido, o inversor é então desligado a fim de evitar dano. Em adição a isto, é o fato que tais comutadores que são construídos à base de semicondutores reagem sensitivamente a sobrecarga térmica. Quanto mais elevada a carga térmica de um tal comutador, tanto correspondentemente maior é seu envelhecimento térmico e tanto conseqüentemente mais cedo ele tem que ser correspondentemente substituído.

Se um tal inversor para usado em uma instalação de energia eólica, uma conseqüência de o inversor ser desligado é que a instalação de energia eólica também tem que ser desligada.

A fim de se poder medir dissipação de potência, é necessária, por exemplo, medir a tensão de coletor-emissor quando o IGBT está no estado direto. Esta é de um valor em na faixa inferior a um dígito e tem que ser detectada tão acuradamente quanto possível a fim de atingir um resultado suficientemente acurado quando da operação com correntes muito elevadas (várias centenas de Ampères). No estado desligado, todavia, a tensão de circuito intermediário total (várias centenas de Volts) é aplicada àqueles terminais.

Por conseguinte, o objetivo da presente invenção é a

capacidade de determinar a potência dissipada que atualmente ocorre em um comutador.

De acordo com a invenção, este objetivo é atingido por um método para determinar a potência dissipada de um comutador eletrônico que é caracterizado pelo fato de que o valor instantâneo de uma grandeza física é detectado, um valor correlacionado com o valor instantâneo é interrogado a partir de uma primeira memória, os dois valores são processados conjuntamente em uma maneira predeterminada e o resultado da operação de processamento é fornecido. A este respeito, a invenção é baseada na compreensão que valores que são associados com um valor de medição determinado por medida podem ser tomados a partir dos conhecidos dados do comutador, que são publicados em folhas de dados. No presente exemplo, no caso de uma conhecida corrente através do comutador é possível, por exemplo, a tensão de coletor-emissor (Vce) a partir da folha de dados. A multiplicação da corrente que flui, por esta tensão de coletor-emissor fornece a potência de dissipação para a corrente que está instantaneamente fluindo através do comutador.

A fim de se poder determinar a potência dissipada não somente de um comutador mas de um inversor completo, um desenvolvimento da invenção provê que as grandezas físicas de uma pluralidade de comutadores sejam detectadas e uma correspondente pluralidade de valores correlacionados é lida da memória.

De forma particularmente preferível, os resultados de medição e os valores intermediários de processamento são armazenados. Em virtude desta característica, é também possível posteriormente se ter acesso àqueles valores, por exemplo para avaliações estatísticas e similares.

Para executar a invenção, é provido um aparelho para determinar a potência dissipada de um comutador eletrônico, caracterizado por uma entrada de dados para detecção do valor instantâneo de pelo menos uma grandeza física do comutador eletrônico, uma primeira memória em que dados correlacionados com as grandezas físicas são armazenados, uma unidade de processamento para processar a grandeza física e um valor chamado a partir da memória em predeterminada forma um com relação ao outro, e um dispositivo para fornecer o resultado da operação de processamento.

Esta solução de acordo com a invenção goza da vantagem que é possível determinar a potência dissipada atual de um comutador. Isto não apenas é dependente da corrente que flui e dos valores característicos do comutador. Em contraste, influências ambientais, tais como, por exemplo, temperatura ambiente, também desempenham um papel. Por conseguinte, o aparelho de acordo com a invenção torna possível detectar a potência dissipada atual em um desejado momento em tempo. Desta maneira, por conseguinte, é possível determinar a carga atual do comutador muito mais acuradamente do que com os procedimentos de prognóstico computacionais conhecidos no estado da arte.

Em um desenvolvimento preferido, o aparelho inclui uma pluralidade de entradas para detecção do valor instantâneos das grandezas físicas de uma pluralidade de comutadores. Desta maneira, é possível usar o aparelho para detectar a potência dissipada, por exemplo, de um inversor inteiro.

A fim de ser possível avaliar a variação na potência dissipada sobre um período de tempo prolongado, uma característica particularmente preferida provê uma segunda memória para armazenar valores de medição e resultados intermediários. Esta memória, todavia, pode também ser estruturalmente combinada com a primeira memória.

Como os comutadores eletrônicos têm predeterminados valores limites para sua operação, além dos suais eles não devem ser operados, o aparelho é preferivelmente caracterizado por um dispositivo para comparar o resultado da operação de processamento com um predeterminado valor limite e fornecer um sinal quando o valor limite é atingido ou excedido. Neste caso, o aparelho pode vantajosamente ser na forma de uma unidade autônoma que, se requerido, pode ser facilmente transportado para o respectivo local de uso. Alternativamente o aparelho pode também ser integrado no controle de um inversor ou de uma instalação de energia eólica.

Além disto, a saída do sinal que pode ser usado para notificar, por exemplo, um operador ou uma organização de operação de uma tal unidade, o sinal pode particularmente preferivelmente também ser fornecido para o controle do inversor ou da instalação de energia eólica para influenciar o controle em uma predeterminada forma.

No caso de um inversor que opera de acordo com o processo de banda de tolerância, esta influência pode vantajosamente prover que a largura de banda de tolerância seja aumentada se o aparelho fornecer um sinal que indica que o valor limite foi excedido. Se, por conseguinte, a potência dissipada de um comutador para excessivamente alta, a largura de banda de tolerância pode ser aumentada. Isto significa que a freqüência de comutação e com esta também as perdas de ligação e desligamento e conseqüentemente sobretudo a potência dissipada do comutador (incluindo os diodos de via livre) se reduzem.

Em uma característica particularmente preferida, a instalação de energia eólica é equipada com pelo menos um tal inversor. A este respeito, um método para controlar a instalação de energia eólica é caracterizado pelo' fato de que a potência gerada pela instalação de potência é reduzida pelo sinal que especifica que um predeterminado valor limite foi excedido. Isto provê que a potência a ser processada pelo inversor também se torne menor e a potência dissipada em comutadores é correspondentemente reduzida.

A este respeito, um aparelho de acordo com a invenção pode ser conectado com o controle da instalação de energia eólica a fim de ser capaz de influenciar controle da instalação de energia eólica diretamente e não por meio de um inversor.

A invenção será descrita em maior detalhe daqui em adiante com referência às figuras, em que: a figura 1 mostra uma vista simplificada de um aparelho de acordo com a invenção, a figura 2 mostra um exemplo de um uso do aparelho em relação a uma instalação de energia eólica, a figura 3 mostra um segundo exemplo de uso da invenção em relação a uma instalação de energia eólica,

a figura 4 mostra uma vista simplificada do método de acordo com a invenção,

a figura 5 mostra uma vista simplificada de uma ponte de comutador para uma fase de um inversor, e

a figura 6 mostra uma vista do método de acordo com a invenção.

Na vista simplificada de um aparelho de acordo com a invenção, como mostrado na figura 1, a referência 10 denota um condutor que é conectado com um comutador 12 (tal como, por exemplo, um IGBT) e que fornece a corrente alternada gerada. O comutador é atuado por um controle

14. A corrente medida no condutor 10 é detectada com um transdutor de medição 16 e alimentada em uma unidade de processamento 18. A unidade de processamento 18 também recebe informação de atuação a partir do controle .14 como um evento disparo a fim de se poder precisamente determinar os respectivos momentos de comutação. De acordo com a corrente verificada por meio do transdutor de medição 16 no condutor 10, é chamado a partir da uma tabela 20, - um correspondente valor de tensão - para a tensão de coletor- emissor, e então a potência dissipada atual do comutador 12 pode ser determinada a partir daqueles valores. O resultado pode ser exibido, por exemplo, em um visor 22. Será apreciado que aqueles valores podem também ser colocados na memória (não mostrada na figura). Esta memória então torna possível coletar dados que m ser transferidos para um computador para finalidades de avaliação, por exemplo, por meio de uma interface (também não mostrada).

A vista mostrada na figura 2 substancialmente corresponde àquela da figura 1. Em adição, esta figura mostra uma gôndola de uma instalação de energia eólica 24 com um controle 26 provido na mesma. Assim, dependendo do resultado da operação de computação na unidade de processamento 18, não somente pode o resultado de computação ser exibido no visor 22, mas simultaneamente ou alternativamente o controle 26 da instalação de energia eólica 24 pode ser influenciado para, por exemplo, ser possível se reagir a um valor limite sendo excedido. Correspondentemente, a instalação de energia eólica pode ser feita com que reduza a potência gerada. No caso de instalações de energia eólica com passo regulável, o que é possível por meio da alteração do ângulo de passo das lâminas de rotor, de maneira conhecida.

A figura 3 é suplementada em comparação com a figura 2 por transdutores de medição e arranjos de atuação. Esta figura mostra uma pluralidade de condutores IOOi 101, 102 em que a corrente que flui é detectada com transdutores de medição 161, 162, 163. Os comutadores adicionais não são mostrados, para melhor clareza da figura. Uma linha 169 indica que aqui naturalmente uma pluralidade de transdutores de medição pode também ser conectada com a unidade de processamento 16, como um exemplo de detecção de uma grandeza física.

De acordo com o número de linhas, são também providos correspondentes arranjos de atuação 141, 142, 143. Uma linha vai de cada um daqueles arranjos de atuação para a unidade de processamento 18 de modo que um respectivo pulso de disparo pode ser fornecido para cada comutador que alimenta uma das linhas 100, 101, 102. Como descrito anteriormente, um correspondente valor para a tensão de coletor-emissor do comutador pode ser chamado a partir da tabela 20 em relação a cada valor de corrente detectado, e a instantânea potência dissipada pode ser determinada a partir da mesma. O resultados podem então novamente ser fornecidos para um visor 22 ou o controle 26 da instalação de energia eólica 24. Será apreciado que é também possível que correspondentes sinais sejam fornecidos para outros dispositivos, tais como telefones móveis, estações centrais de monitoração remota e assim por diante, a fim de disparar correspondentes notificações. A vista da figura 4 mostra um fluxograma para o método de acordo com a invenção. Após a partida, o valor de medição para um comutador é primeiramente determinado. Com base neste valor de medição, a próxima etapa envolve a leitura do valor de dados associados da tabela e, em seguida, os dois valores são processados, neste caso, por conseguinte, multiplicados conjuntamente para verificar potência dissipada instantânea do comutador. Em seguida, uma operação de verificação pode ser efetuada para verificar se o valor determinado está dentro de um predeterminado limite. Se não estiver, um sinal pode ser fornecido. Será apreciado que, alternativamente ou adicionalmente, é também possível implementar um visor. A medição pode então ser repetida ou não. A este respeito, a repetição pode ser efetuada para o mesmo comutador ou também para um outro comutador.

A figura 5 é uma vista simplificada mostrando o arranjo de dois comutadores 12a e 12b, com os quais a corrente para uma fase pode ser gerada. Os diodos de via livre 12c e 12d também pertencem aos comutadores. A tomada para a fase é disposta no centro entre os dois comutadores 12a e 12b e a linha 10 corresponde à linha 10 mostrada nas figuras 1-3. Um transdutor de medição 16 detecta a corrente que flui na linha 10 e é alimentada em uma unidade de processamento 18.

Uma unidade de controle 14 controla os comutadores 12a e 12b. Ao mesmo tempo, ela fornece correspondentes sinais de disparo para a unidade de processamento 18. Aqueles sinais de disparo podem envolver o bloco de atuação dos comutadores 12a e 12b.

A unidade de processamento 18 lê os valores associados com os valores de corrente, para a tensão de coletor-emissor, da tabela 20 e fornece o resultado em uma saída 19. Que saída pode ser, por exemplo, um visor, um sinal para um meio de monitoração e/ou um sinal que influencia o inversor ou a instalação de energia eólica.

Para compreensão da descrição que segue é útil considerar a cooperação do comutador 12a e do diodo de via livre 12c ou do comutador .12b e do diodo de via livre 12d, respectivamente. Isto está mostrado na parte à esquerda da figura, a título de exemplo, para o comutador 12a e o diodo de via livre 12c. Três padrões de comutação ilustrados um acima do outro são mostrados ali. O padrão de comutação inferior, que é identificado na borda esquerda por meio de um retângulo, é considerado ser o relógio de comutação para o IGBT 12a, que é fornecido pelo controle 14. A este respeito, uma borda em queda conduz para o IGBT sendo ligado e uma borda em ascensão conduz para o IGBT sendo desligado e o diodo de via livre sendo ligado. Embora o relógio do controle esteja em um alto nível no início, IGBT é correspondentemente desligado e o diodo de via livre está conduzindo. Por conseguinte, perdas de fluxo ocorrem ali. No momento em tempo TI, o sinal de controle tem uma borda em queda. O IGBT é ligado e o diodo desligado. Correspondentemente, as perdas de fluxo agora ocorrem no comutador, como também pode ser visto no centro de uma das ilustrações. A guisa de plenitude, deve ser também mencionado que correspondentes perdas por fuga também ocorrem devido a correntes de fuga no diodo no estado desligado.

No momento em tempo t2, o sinal de relógio tem uma borda em ascensão. Correspondentemente, o IGBT 12a é desligado e o diodo de via livre 12c está em um estado de condução. No momento em tempo t3, o sinal de relógio cai, o IGBT 12a é ligado e o diodo é desligado. Isto é também ainda mostrado até o momento em tempo t8.

A figura 6 mostra a relação entre os pulsos de relógio que são aqui novamente uma vez mostrados como pulsos de ondas quadradas, e a corrente no condutor 10. No momento em tempo ta, o sinal de relógio tem uma borda em queda. Correspondentemente o comutador é ligado e a corrente inicia a se elevar dentro da banda de tolerância até que o comutador desliga-se no momento em tempo tb. Este desligamento do comutador 12a conduz para o comutador 12b que se liga e a corrente cai novamente um pouco até que um valor inferior seja atingido. O comutador 12a então se liga novamente, com a borda em queda. Será apreciado que o comutador 12b é então desligado e a corrente se eleva novamente. Aquelas operações de comutação continuam até que sobretudo uma configuração de corrente senoidal seja produzida.

Como os tempos de comutação dependem do atingimento dos correspondentes valores de tolerância, a situação não envolve um padrão fixo. Em contraste, aqueles tempos de comutação aparecem precisamente fora do atingimento dos respectivos valores limites.

Enquanto o comutador esteja ligado, em um intervalo de 25 μβ (este valor é por de exemplo, ele pode também ser mais longo ou mais curto) a corrente no condutor é medida e o correspondente valor para a tensão de coletor-emissor é chamada a partir da tabela. Correspondentemente, é possível precisamente determinar a perda para o fluxo de corrente instantâneo.

Sobretudo uma distinção para ser chamada entre os três tipos de perdas com respeito ao IGBT. No momento de ligação, perdas de ligação ocorrem. Elas são detectadas. De maneira igual, no momento de desligamento ocorrem perdas que são também detectadas. Enquanto o transistor está na condição ligada, perdas de fluxo ocorrem. Elas são também detectadas, e todos aqueles valores podem ser acumulados a fim de se chegar nas perdas para o IGBT.

Alternativamente, com o fluxo de corrente através do IGBT, um fluxo de corrente através do diodo ocorre. Isto também envolve perdas de fluxo bem como perdas por fuga quando o diodo está na condição bloqueada. Aqueles valores são também detectados, acumulados e combinados com os valores obtidos para o IGBT total para fornecer as perdas produzidas por comutação.

Aquelas perdas produzidas por comutação podem ser determinadas, por exemplo, para um período da freqüência principal ou também para um outro pré-determinável período de tempo, tal como, por exemplo, um segundo, a fim de então se poder determinar as perdas produzidas por comutação por um período ou, por exemplo, para maior facilidade de capacidade de conversão para um segundo.

A este respeito, é possível, todavia, levar em conta não somente os comutadores de uma fase (ver a figura 5). Ao contrário, é possível detectar os comutadores para três fases e para o comutador, por exemplo, em um conversor de amplificação ou em um comutador rotativo no circuito intermediário.

Claims (15)

REIVINDICAÇÕES

1. Método para determinar a potência dissipada de um comutador eletrônico, caracterizado pelo fato de que o valor instantâneo de uma grandeza física é detectado, um valor correlacionado com o valor instantâneo é interrogado a partir de uma primeira memória, os dois valores são processados conjuntamente em uma maneira predeterminada e o resultado da operação de processamento é fornecido.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as grandezas físicas de uma pluralidade de comutadores são detectadas e uma correspondente pluralidade de valores correlacionados é lida da memória.

3. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que os resultados de medição e os valores intermediários de processamento são armazenados.

4. Aparelho para determinar a potência dissipada de um comutador eletrônico, caracterizado por uma entrada de dados para detecção do valor instantâneo de pelo menos uma grandeza física do comutador eletrônico, uma primeira memória em que dados correlacionados com a grandeza física são armazenados, uma unidade de processamento para processar a grandeza física e um valor chamado a partir da memória em predeterminada forma um com o outro, e um dispositivo para fornecer o resultado da operação de processamento.

5. Aparelho de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por uma pluralidade de entradas para detecção dos valores instantâneos de grandezas físicas de uma pluralidade de comutadores.

6. Aparelho de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por uma segunda memória para armazenar valores de medição e resultados intermediários.

7. Aparelho de acordo com uma das reivindicações 4 a 6, caracterizado por um dispositivo para comparar o resultado da operação de processamento com um predeterminado valor limite e fornecer um sinal quando o valor limite é atingido ou excedido.

8.Aparelho de acordo com as reivindicações 4 a 7, caracterizado por ser na forma de uma unidade autônoma.

9.Aparelho de acordo com uma das reivindicações 4 a 7, caracterizado por ser integrado no controle de um inversor de uma instalação de energia eólica.

10.Aparelho de acordo com uma das reivindicações 4 a 9, caracterizado pelo fato de que a saída do sinal para o controle do inversor ou da instalação de energia eólica para influenciar o controle em uma predeterminada forma.

11.Método para controlar um inversor que opera de acordo com o processo de banda de tolerância, caracterizado pelo fato de que a largura de banda de tolerância é aumentada quando o aparelho de acordo com uma das reivindicações 4-10 fornece um sinal que indica que o valor limite foi excedido.

12.Inversor para executar o método de acordo com a reivindicação 11, em que o inversor é controlado de acordo com o processo de banda de tolerância, caracterizado por um aumento na largura de banda de tolerância quando um sinal é aplicado, que é fornecido por um aparelho de acordo com uma das reivindicações 4 a 10 quando um predeterminado valor limite é excedido.

13.Instalação de energia eólica, caracterizada pelo fato de que compreende pelo menos um inversor como definido na reivindicação 12.

14.Método para controlar uma instalação de energia eólica, caracterizado pelo fato de que a potência gerada pela instalação de energia eólica é reduzida pelo sinal que especifica que um predeterminado valor limite foi excedido.

15. Instalação de energia eólica, caracterizada pelo fato de que compreende um aparelho como definido em uma das reivindicações 4 a 10, que é conectado com o controle.