ES2273348T3 - Sistema y metodo de gestion de potencia modular. - Google Patents
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Abstract
UN SISTEMA DE DISTRIBUCION DE ELECTRICIDAD QUE TIENE UN MECANISMO DE BATERIA DE ALMACENAMIENTO (M) DE CAPACITANCIA EQUIVALENTE MUY GRANDE, PROPORCIONANDO UN EXCELENTE FILTRAJE DEL RIZADO Y UN RECORRIDO IDEAL A TIERRA, UN MECANISMO DE CONDENSADOR DE FILTRO (FC) A NIVEL DE MAGNITUD DE MICROFARADIOS, PROPORCIONANDO EL BLOQUEO DE LA CC Y UN RECORRIDO DE CA LIMITADO A TIERRA. LA ENTIDAD DE LA BATERIA DE ALMACENAMIENTO (SB) SE MANTIENE A SU CARGA MEDIANTE LA ALIMENTACION EN CC, QUE PROPORCIONA UNA ALIMENTACION EN CC REGULADA, EN LA QUE LA QUE PUEDE INVOLUCRARSE LA REGULACION DE CONMUTACION. EL SISTEMA Y PROCEDIMIENTO PROPORCIONA UNA CAPACIDAD DE VOLTAJE DOBLE, AMBOS EN CA Y EN CC, EN QUE LOS DISYUNTORES CIRCUITALES (10, 12, 14 Y 15) PUEDEN MONTARSE EN TAMDEM PARA LA DESCONEXION SIMULTANEA, Y EN QUE LOS CIRCUITOS DE CC INTRINSECOS (DBD) PUEDEN SER CONECTADOS EN BUCLE PARA AUMENTAR LA CAPACIDAD DE TRANSPORTE DE LA CORRIENTE.
Description
Sistema y método de gestión de potencia
modular.
A la vista de la confusión y del uso
frecuentemente falso e incluso incorrecto de algunos términos
eléctricos en la patente así como en la bibliografía técnica, y para
distinguir incluso entre términos que se han empleado relajadamente
en mi Patente Nº 5.500.561, los términos "inversor" o
dispositivo inversor, "conversor" o dispositivo conversor, y
"carga de corriente continua intrínseca" o dispositivo de carga
de corriente continua intrínseca se definirán a continuación en lo
que concierne a su uso en esta descripción. Es decir, inversor o
dispositivo inversor significará un dispositivo, circuito o sistema
que proporciona potencia alterna cuando se alimenta con una fuente
de potencia continua, es decir lo opuesto de rectificación;
convertidor o dispositivo convertidor significa un dispositivo,
circuito o sistema que recibe y suministra potencia de corriente
continua en el que se genera corriente alterna como un proceso
intermedio en el flujo de energía; y el término carga de corriente
continua intrínseca o dispositivo de carga de corriente continua
intrínseca significa un dispositivo de corriente continua, circuito
o sistema que funciona como una carga de corriente continua en
respuesta a la entrada al mismo de potencia de corriente
continua.
Mi patente Nº 5.500.561 citada anteriormente se
refiere a un “Sistema y método de gestión de potencia del lado del
cliente” y describe varias realizaciones en las que se consiguen
relajaciones sustanciales en las necesidades que una red pública o
red eléctrica mantiene en su capacidad de generación que excede de
lejos la demanda máxima anticipada de electricidad. Generalmente
hablando, mi patente y las solicitudes anteriores se refieren a
sistemas en los que se incluye un dispositivo de suministro de
potencia de corriente directa en forma de un dispositivo de batería
de almacenamiento en el sistema de gestión de potencia y actúa para
aliviar las demandas de potencia excesiva sobre la red
eléctrica.
Brevemente enunciado, el problema tratado en mis
solicitudes anteriores está basado, principalmente, en el hecho de
que las demandas de potencia dispuestas sobre las redes eléctricas
por los consumidores fluctúa enormemente dependiendo de la hora del
día, del día de la semana, la estación del año y/o cualquier otro
factor que pueda afectar a la demanda, incluyendo el tipo de
consumidor. Se han propuesto las llamadas fuentes de potencia sin
interrupción pero son generalmente inadecuadas para aliviar el
problema de una forma adecuada y eficaz. Tal sistema está ilustrado
por Lavin et al patente Nº 5.289.045 del 22 de febrero de
1994 y se llama la atención a la referencia citada como técnica
anterior respecto a mis solicitudes anteriores citadas
anteriormente.
Esta solicitud se refiere a la distribución
eléctrica en general y a la distribución eléctrica en particular
cuando se aplica particularmente por ejemplo a viviendas, en las que
es bien conocido que la energía eléctrica se distribuye a partir de
una red eléctrica o red pública en forma de corriente alterna,
normalmente en una división de fases que tiene el significado de que
se llevan dos fases de la red de 120 V de corriente alterna al
interior del edificio de modo que se dispone de circuitos de 120 V
de corriente alterna y circuitos de 240 V de corriente alterna. Tal
sistema de tres hilos implica el uso de dos conductores de la línea
de potencia y un hilo conductor neutro suministrados por la red.
Estos conductores, de acuerdo con la práctica habitual, se llevan al
interior de la caja de distribución del consumidor y se conecta en
la misma a los dos buses de línea de potencia a través de
dispositivos disyuntores adecuados y directamente al bus de neutro
alojados dentro de la caja. La caja también aloja un bus de tierra
que, de acuerdo con la práctica normal, está provisto de una
conexión de hilo que se extiende al exterior de la caja y en
conexión eléctrica con un polo de tierra que establece el potencial
de tierra en el bus de tierra.
Los documentos
US-A-4.065.676 y
EP-A-0468.769 se refieren ambos a
sistemas que proporcionan principalmente potencia de corriente
continua a partir de una fuente de potencia de corriente alterna y
que son capaces de actuar sobre fuentes de potencia de corriente
continua secundarias que proporcionan una potencia de reserva cuando
fallan las fuentes de corriente alterna primarias. El documento
US-A-4.524.338 describe una
disposición de disyuntores agrupados diseñado para proteger los
transformadores de distribución eléctrica rellenos de aceite.
Esta solicitud se refiere al problema de usar
y/o utilizar eficazmente la potencia eléctrica y el método del
mismo, más específicamente, de utilizar eficazmente potencia de
corriente continua en el lugar de interés mediante el
establecimiento de la capacidad de un voltaje dual en tal sitio.
De acuerdo con la presente invención, el sistema
de gestión de potencia modular que tiene un cableado común para
permitir tanto potencia de corriente alterna como de corriente
continua a través del mismo, comprende
un panel de distribución eléctrica capaz de
recibir tanto potencia de corriente alterna como de corriente
continua;
un sistema de buses alojados dentro del panel y
que incluyen el dispositivo bus de potencia eléctrica, el
dispositivo bus de neutro y el dispositivo bus de tierra;
una unidad modular que incluye un dispositivo de
suministro de potencia continua externa al panel conectada a través
de dicho dispositivo bus de neutro y dicho dispositivo bus de tierra
dentro de dicho panel;
un dispositivo para proporcionar potencia de
corriente alterna a dichos buses de potencia, neutro y de tierra
dentro de dicho panel;
un dispositivo para suministrar potencia de
corriente alterna y de corriente continua desde dicho panel, que
comprende una toma de corriente eléctrica que tiene una primera
apertura de conexión eléctrica conectada a dicho dispositivo de bus
de potencia de corriente alterna, una segunda apertura de conexión
eléctrica conectada a dicho dispositivo de bus neutro y una tercera
apertura de conexión eléctrica conectada a dicho dispositivo de bus
de tierra;
un dispositivo para extraer selectivamente
potencia de corriente alterna o potencia de corriente continua para
una carga externa a partir de dicha toma de corriente eléctrica
conectando dicha carga a la aperturas de conexión eléctrica
seleccionadas dentro de dicha toma de corriente eléctrica; y
un dispositivo disyuntor que protege dicha carga
externa, comprendiendo el dispositivo disyuntor disyuntores
dispuestos en los caminos de potencia de corriente continua y de
corriente alterna y que están agrupados para la actuación simultánea
de ambas potencias de corriente alterna y de corriente continua.
La invención proporciona además un método para
gestionar la potencia en un lugar que comprende;
proporcionar la capacidad tanto de potencia de
corriente alterna como de corriente continua en dicho lugar;
proporcionar un cableado común dentro de dicho
lugar a través del que se permiten tanto la potencia de corriente
alterna como de corriente continua;
proporcionar un dispositivo de batería de
almacenamiento para almacenar energía de corriente continua,
proporcionando dicho dispositivo de batería de almacenamiento con
potencia de corriente continua para mantener el nivel de voltaje de
dicho dispositivo de batería de almacenamiento no mayor que cuando
está totalmente cargado;
proporcionar un dispositivo disyuntor en los
caminos de potencia de corriente continua y de corriente alterna y
agrupar dicho dispositivo disyuntor para la actuación simultánea de
ambas potencias de corriente alterna y de corriente continua; y
suministrar potencia de corriente alterna y de
corriente continua a través del cableado común en el lugar; y
extraer selectivamente potencia de corriente
alterna o de corriente continua para una carga externa en el
lugar.
Una ventaja de esta invención es que permite que
dos sistemas de alimentación de potencia diferentes, uno de
corriente continua y otro de corriente alterna, residan sobre el
cableado común del edificio como se encuentra en los Estados Unidos
y en algún otro sitio en el mundo.
Otra ventaja de esta invención es permitir un
sistema de cableado de potencia compatible que permite coexistir
tanto la operación con potencia de corriente continua como la
operación de potencia de corriente alterna, sin modificar el sistema
de cableado de potencia, desde las tomas de corriente de potencia de
los cableados comunes de edificios. Esta compatibilidad permite, por
ejemplo, aparatos que funcionan a bajo voltaje de 24 V de corriente
continua, especialmente aquellos que ahora funcionan o en el futuro
funcionarán como cargas de corriente continua intrínsecas o
dispositivos de carga de corriente continua intrínseca, y aquellos
que operan como aparatos convencionales de corriente alterna de 120
V, para usarse dentro del mismo espacio de los edificios y con
cableado o conjunto de hilos existente.
Otra ventaja de esta invención es introducir el
concepto de dispositivo disyuntor agrupado en los sistemas de
cableado de potencia.
Otra ventaja adicional de esta invención es la
provisión de la capacidad de voltaje dual con el dispositivo
disyuntor agrupado que funciona para interrumpir no sólo ambos lados
de la circuitería de voltaje "alto" y "bajo" de corriente
alterna sino también la circuitería de corriente continua.
El dispositivo disyuntor utiliza un dispositivo
disyuntor en el camino de la corriente alterna y también un segundo
dispositivo disyuntor en el camino de la corriente continua.
Preferiblemente, se proporciona un dispositivo
de carga de corriente continua que realiza bucles del cableado a
través de un dispositivo disyuntor que conecta a un lado de la
fuente de potencia de corriente continua y a través de un segundo
dispositivo disyuntor al otro lado de la fuente de potencia de
corriente continua.
Ventajosamente, el aparato de esta invención
requiere sólo una conexión de entrada simple posterior a la caja de
distribución eléctrica de las habitaciones o de las viviendas (sean
móviles o no) de modo que funcionará en una diversidad de modos
diferentes que permite funcionar independientemente con una entrada
de energía de corriente continua procedente de una pluralidad de
dispositivos de suministro de potencia de corriente continua es
decir, desde un dispositivo generador, un dispositivo fotovoltaico,
un dispositivo de turbina eólica, etc.
Preferiblemente, se proporcionan el dispositivo
condensador de filtro y el dispositivo de batería de almacenamiento
y se disponen eléctricamente en paralelo, funcionando el dispositivo
condensador de filtro como un camino limitado para la corriente
alterna hacia tierra, dimensionado, en capacidad para asegurar un
camino de baja impedancia hacia tierra a 60 Hz, funcionando el
dispositivo de batería de almacenamiento para conducir la corriente
en direcciones opuestas, coherente con las necesidades para la
conducción de la corriente alterna hacia tierra. Es decir, el
dispositivo de batería de almacenamiento y su fuente de potencia de
corriente continua asociada proporcionan tanto un camino de
aislamiento a la corriente continua hacia tierra como un camino de
continuidad a la corriente alterna hacia tierra mientras que el
dispositivo de condensador de filtro proporciona un camino limitado
para la corriente alterna hacia
tierra.
tierra.
Preferiblemente, el dispositivo condensador de
filtro está conectado físicamente dentro de la caja de distribución
y la batería de almacenamiento esta alojada dentro de la unidad
modular de esta invención.
Ventajosamente, se proporciona una combinación
de una caja de distribución eléctrica que alberga un dispositivo bus
de neutro, un dispositivo bus de potencia, un dispositivo bus de
tierra y un dispositivo condensador de filtro, siendo el último de
capacidad limitada y pequeño volumen de modo que proporciona un
camino limitado para la corriente alterna hacia tierra, y una unidad
modular del sistema de potencia modular que alberga un dispositivo
de batería de almacenamiento de capacidad sustancial y gran volumen
comparado con dicho dispositivo condensador de filtro de modo que al
conducir corriente en direcciones opuestas proporciona conducción
para la corriente alterna hacia tierra.
Otra ventaja de la invención es proporcionar una
aproximación práctica a la aplicación de potencia de corriente
continua del lado de los edificios para dispositivos o cargas
intrínsecas de corriente continua.
Una ventaja adicional de esta invención es
minimizar las demandas de potencia de pico mediante el uso del
dispositivo de batería de almacenamiento con la finalidad de
recortar los picos y rellenar los
valles.
valles.
Preferiblemente, la unidad modular comprende un
dispositivo de batería de almacenamiento para proporcionar una
capacidad equivalente de batería que es muy grande en capacidad y
volumen en combinación con el dispositivo regulador de voltaje o el
dispositivo convertidor que controla el nivel de carga del
dispositivo de batería de almacenamiento.
Preferiblemente, el sistema se proporciona en
combinación con el dispositivo de carga de corriente continua
intrínseco para utilizar la capacidad de almacenamiento del
dispositivo de batería de almacenamiento.
Ventajosamente, puede proporcionarse un sistema
modular usando un dispositivo de batería de almacenamiento
recargable como parte de un circuito de conversión crítico para
filtrado y regulación de voltaje (que puede involucrar un
convertidor) para proteger el dispositivo de batería de
almacenamiento de daños al sobrecargarla o cargarla de menos y en el
que el dispositivo de batería de almacenamiento suministra potencia
al dispositivo de carga de corriente continua intrínseco.
Preferiblemente, se proporciona la combinación
de una caja de distribución eléctrica que alberga el dispositivo de
bus de neutro, el dispositivo de bus de potencia, el dispositivo de
bus de tierra y el dispositivo de condensador de filtro, siendo el
último de capacidad limitada y pequeño volumen de modo que
proporciona un camino limitado para la corriente alterna hacia
tierra y bloquea la corriente continua, y una unidad modular del
sistema de potencia modular que alberga un dispositivo de batería de
almacenamiento de capacidad sustancial y gran volumen comparado con
dicho dispositivo condensador de filtro, y el dispositivo de carga
de corriente continua intrínseca para extraer sobre la capacidad de
almacenamiento de dicho dispositivo de batería de
almacenamiento.
Preferiblemente, la capacidad equivalente de la
batería de dicho dispositivo de batería de almacenamiento es muy
grande en consonancia con un camino ideal para la corriente alterna
hacia tierra y la capacidad de dicho dispositivo condensador de
filtro es muy pequeña en consonancia con un camino limitado para la
corriente alterna hacia tierra pero lo suficientemente grande para
que pase suficiente corriente para mantener en el peor caso la
corriente en caso de fallo bien por debajo de cualquier choque
peligroso y permitir que fluya la suficiente corriente para la
activación relevante de los disyuntores en el caso de un
cortocircuito.
Ventajosamente, se proporciona un dispositivo
convertidor en el que se genera corriente alterna de frecuencia
elevada como un proceso intermedio en el flujo de energía y en el
que se proporciona un dispositivo de condensador especial para
absorber los picos de voltaje de dicha corriente alterna de alta
frecuencia.
La Fig. 1 ilustra el concepto de voltaje dual de
la invención, el concepto del dispositivo disyuntor agrupado y el
concepto modular del mismo;
La Fig. 2 ilustra la invención considerando la
incorporación del regulador de voltaje lineal y la interfaz de
control de mi solicitud en trámite junto con la presente como un
medio para controlar el nivel de carga del dispositivo de batería de
almacenamiento;
La Fig. 3 ilustra el uso del dispositivo
disyuntor y el bucle del circuito de iluminación de corriente
continua así como un equipo de corriente continua auxiliar y un
inversor asociado con la ilustración simplificada de la caja de
distribución eléctrica; y
La Fig. 4 ilustra un convertidor alimentado por
una fuente de corriente continua a partir de un rectificador y que
proporciona una salida para el dispositivo de batería de
almacenamiento ilustrado que tiene un condensador de filtro
eléctricamente en paralelo con el mismo.
Fig.
1
Hacemos referencia en esta ocasión a la Fig. 1
que muestra un diagrama de circuito parcial de esta invención, que
ilustra un sistema convencional de tres hilos o división de fase
comprendida por los hilos de la línea de potencia de la red
eléctrica L1 y L2 y el hilo de neutro N como puede suministrarse
desde una red eléctrica de Estados Unidos y que se extiende dentro
de la caja de distribución eléctrica EDB de un alojamiento, vivienda
o similar (que puede ser móvil o no), cuya caja se muestra más bien
en forma simplificada. Basta decir que la caja EDB está provisto de
las aperturas practicables convencionales a través de las que se
pasan los cables o hilos desde la red pública y hacia o desde otras
entidades, estando conectados los hilos L1 y L2 a la compañía de
energía o a los interruptores de circuito de la red eléctrica 10 y
12 por los que se conectan los buses de potencia P1 y P2 y los
circuitos AL de la vivienda en la caja de distribución de corriente
alterna DBA y el dispositivo de carga intrínseca del circuito de la
vivienda LM en la caja de distribución de corriente continua DBD a
la que se conectan y se protege de voltajes excesivos o
sobretensiones procedentes de la red pública de Estados Unidos. El
hilo neutro N está conectado internamente al bus de neutro NB que
está aislado de la conexión directa al bus de tierra interno GB de
la caja de distribución EDB.
Se muestra una toma de corriente eléctrica
convencional EO1 cuyas aperturas de conexión 20, 22 y 24 se muestran
conectadas a los hilos W20, W22 y W24 que pasan a través de las
aperturas practicables adecuadas en la caja EDB y en conexión con el
disyuntor 14, el bus de neutro NB y el bus de tierra GB,
respectivamente. Se apreciará que los disyuntores 10 y 12 a los que
nos hemos referido anteriormente son del tipo convencional en el que
se insertan a presión en su lugar cuando el panel frontal
convencional con bisagras de la caja EDB se abate lateralmente
exponiendo cualquier disyuntor alojado en la caja. Esto es
preferible a los antiguos receptáculos de fusibles insertados a
rosca. En cualquier caso, la característica modular de esta
invención implica el uso del dispositivo de batería de
almacenamiento SB que tiene su terminal positivo conectado por el
hilo B26 que tiene una unión J1 con el hilo del bus de tierra GB30
que pasa dentro de la caja EDB y entra en conexión con el bus de
tierra GB como se ha ilustrado. El terminal negativo del dispositivo
de batería de almacenamiento SB está conectado con el hilo B28 cuya
unión J2 con el hilo del bus de neutro NB32 conecta en el interior
de la caja EDB con el bus de neutro NB como se muestra.
Como se ha mostrado en las conexiones de los
hilos W20, W22 y W24, los terminales de contacto 20', 22' y 24' de
la clavija eléctrica PL1 pueden usarse para alimentar las cargas de
corriente alterna AL suministradas por la caja DBA. De modo similar,
la clavija eléctrica PL2 puede usarse para alimentar los
dispositivos de carga de corriente continua intrínseca LM
suministrados por la caja DBD.
La Fig. 1 ilustra una unidad modular básica M
que es externa a la caja EDB y por lo tanto alcanza algunas ventajas
sorprendentes que explicaremos a continuación. La unidad modular
básica M comprende el dispositivo de batería de almacenamiento
recargable SB que representa la capacidad de almacenamiento de
batería de la que se extrae cuando la potencia de corriente continua
no está disponible de otro modo en la carga de consumo. El
dispositivo de batería SB se carga en forma de ciclo profundo a un
valor de carga para el que se alcanza el punto de ebullición
incipiente del electrolito y el dispositivo de carga de la batería
empleado debe ser capaz de asegurar este valor de carga sin
sobrecargar ni cargar de
menos.
menos.
Un aspecto importante de esta invención reside
en el uso compuesto de la "capacidad de batería equivalente",
inherente con el dispositivo de batería de almacenamiento SB, junto
con el condensador de filtro FC. La magnitud de la ganancia de la
"capacidad equivalente de batería" por unidad de volumen
mostrada por el dispositivo de batería de almacenamiento SB es
excepcional. Para ilustrar este punto, un condensador de filtro
convencional FC puede tener una capacidad medida en microfaradios
(digamos 50 microfaradios) y tener un tamaño o volumen para
acomodarse fácilmente dentro de la caja DB. El dispositivo de
batería de almacenamiento tiene una capacidad equivalente de batería
de al menos 10.000 Faradios. La elevada capacidad equivalente de la
batería del dispositivo de batería de almacenamiento es altamente
eficaz para el filtrado del rizado de la corriente alterna, pero el
tamaño es demasiado grande para su incorporación dentro de la caja
EDB y, lo que es más importante, proporciona un camino ideal para la
corriente alterna hacia tierra. Si el dispositivo de batería de
almacenamiento se eliminase, incluso temporalmente, el camino
limitado de la corriente alterna hacia tierra suministrado por el
condensador de filtro sería inadecuado para proporcionar un camino
adecuado para la corriente alterna hacia tierra, no obstante, la
presencia de la fuente de potencia de corriente continua DCPS, o su
equivalente, proporciona el camino adecuado. Sustituyendo dicho
dispositivo de batería de plomo-ácido de ciclo profundo y 12
voltios, la "capacidad equivalente de batería" relativa de un
volumen de 28,32 litros (1 pie cúbico) sería al menos de 10.000
Faradios. Dicho de otro modo, tal dispositivo de batería de
almacenamiento SB proporcionaría un camino muy grande y adecuado
para la corriente alterna comparado con la corriente de carga que se
está extrayendo y el camino para la corriente alterna limitada hacia
tierra proporcionada por el condensador de filtro FC sería todavía
esencial para cumplir las legislaciones eléctricas locales. Los dos
condensadores funcionan juntos entre sí y ambos son esenciales para
el cumplimiento de las legislaciones locales, conduciendo el
dispositivo SB la corriente en direcciones opuestas en consonancia
con las necesidades para la conducción de corriente alterna hacia
tierra y proporcionando adicionalmente su fuente de potencia de
corriente continua asociada un camino de aislamiento a la corriente
continua desde tierra, y proporcionando el dispositivo FC un
segundo, aunque limitado, camino para la corriente alterna hacia
tierra en el caso de que el dispositivo SB resultase inhibido. A la
vista de lo último, el dispositivo FC se dimensiona en capacidad de
modo que la reactancia capacitiva Xc sea lo suficientemente baja
para que pase suficiente corriente para mantener tanto el peor caso
de corriente de fallo muy por debajo de cualquier choque peligroso
como para permitir el paso de corriente suficiente para la actuación
de los disyuntores asociados en el caso de un aparato en
cortocircuito.
Se apreciará que aunque el condensador de filtro
FC normalmente estaría físicamente conectado dentro de la caja EDB,
podría incorporarse dentro del módulo M en paralelo con el
dispositivo de batería de almacenamiento.
Como se observará, el potencial de corriente
alterna está disponible en los hilos W20 y W22 porque el bus de
potencia P2 se alimenta con potencia de corriente alterna y el
potencial de continua está disponible en los hilos W22 y W24 debido
a la presencia del dispositivo de batería de almacenamiento SB. Por
lo tanto, las aperturas de conexión 20 y 22 pueden conectarse a los
dispositivos de carga de corriente alterna AL de la caja de
distribución DBA a través de los terminales de conexión 20' y 22' de
la clavija eléctrica PL1 y las aperturas de conexión 22 y 24 pueden
conectarse a los dispositivos de carga de corriente continua
intrínseca LM de la caja de distribución DBD mediante los terminales
de conexión 22'' y 24'' de la clavija eléctrica PL2.
Como se ha observado anteriormente, la
ilustración de la Fig. 1 está algo simplificada porque sólo se
conecta el bus de potencia de corriente alterna P2 aunque podrían
ilustrarse otras conexiones diferentes y sólo se ilustra una
disponibilidad de potencia de corriente continua entre los hilos W22
y W24 aunque la toma de corriente eléctrica E01 podría ser mucho más
compleja y ofrecer un gran distribución adicional en el modo de las
capacidades de potencia de corriente continua y de corriente
alterna. Esto se ilustrará con gran detalle a continuación en este
documento.
Fig.
2
Con referencia a la Fig. 2, obsérvese que el
circuito mostrado en gran parte es semejante a la Fig. 3 de mi
solicitud en trámite junto con la presente en el que la
rectificación se efectúa por los diodos 82 y 84. Estos alimentan el
circuito en T 94, 90, 92 de la sección del regulador de voltaje (así
marcado) que opera junto con la interfaz de control (así marcado)
para sacar la corriente continua en la unión A. De este modo, se
realiza un objetivo importante de esta invención, concretamente, que
el nivel de carga del dispositivo de batería de almacenamiento SB
para servir a un dispositivo de carga intrínseco de corriente
continua tal como 46 en la Fig. 2 o el circuito de iluminación
fluorescente equilibrado electrónicamente (corriente continua) FL
en la Fig. 3, se mantenga al nivel deseado. Obsérvese que se obtiene
los tres modos de operación como se describe en la Patente
5.500.501.
Cuando está presente la entrada de corriente
alterna, la función de regulación de voltaje ilustrada en la Fig. 2
es un medio para mantener el nivel de carga del dispositivo de
batería de almacenamiento SB, contenido dentro del módulo M y que
está conectado a las uniones J1 y J2 (véase la Fig. 1). La carga de
iluminación 46 es, por supuesto, un dispositivo de carga de
corriente continua intrínseca tal como los circuitos del bucle de
iluminación FL conectados entre el bus de tierra GB y los circuitos
disyuntores B5 y B6 que están conectados al bus de neutro NB como en
la Fig. 3. La fuente de potencia de corriente continua DCPS de la
Fig. 1 es el dispositivo de panel fotovoltaico PV de la Fig. 2 y el
dispositivo inversor INV se muestra tanto en la Fig. 1 como en la
Fig. 2. Se entenderá también que aunque la caja de distribución
eléctrica EDB no se ilustra totalmente en la Fig. 2, esto se ha
hecho por simplicidad para evitar el hacinamiento de la Figura.
Fig.
3
La Fig. 3 muestra la caja de distribución
eléctrica EDB de forma simplificada y ordenada y está dirigida
principalmente a ilustrar el concepto de disyuntores agrupados y el
bucle de un dispositivo de carga de corriente continua intrínseca
así como el uso de un dispositivo de fuente de carga. La caja EDB
está perfilada, y el bus de tierra GB, el bus de neutro NB y el bus
de potencia P2 están indicados. El dispositivo de carga de corriente
continua intrínseca de iluminación fluorescente equilibrada FL
comprende un ejemplo de una caja de distribución DBD que emana de la
caja EDB. Cada uno de los bucles WDBD54 y WDBD56 está entre el bus
de neutro NB (negativo de la corriente continua) a través de los
dispositivos disyuntores B5 y B6 al bus de tierra GB (positivo de la
corriente continua). Se ilustran los cuatro dispositivos de toma de
corriente EO1, EO2, EO3 y EO4, todos idénticos, con los dos hilos
W20 conectados con el bus de potencia P2 a través de los respectivos
dispositivos disyuntores B1 y B3. De forma similar, los dos hilos
W22 están conectados con el bus de neutro NB a través de los
respectivos dispositivos disyuntores B2 y B4. Cada uno de los dos
disyuntores B1 y B3 corresponde al disyuntor 14 de la Fig. 1
mientras que cada uno de los dos disyuntores B2 y B4 corresponden al
disyuntor 13 de la Fig. 1. Los disyuntores B1 y B2 "pertenecen"
al camino de corriente alterna y al camino de corriente continua
respectivamente, y los disyuntores B3 y B4 "pertenecen" de modo
similar.
Las clavijas eléctricas PL1 y/o PL2 pueden
conectarse en las tomas de corriente eléctrica con sus terminales de
contacto 20', 22', 24' y/o 20'', 22'', 24'' como se ha descrito
anteriormente.
Se ilustran fuentes de potencia de corriente
continua DCPS como el generador de corriente continua y el
dispositivo de panel fotovoltaico PV que, después de la regulación
en el regulador 40, pasa a través del diodo de aislamiento a la
unión A, a la que se conecta el lado positivo del generador de
corriente continua DCPS a través del diodo de aislamiento D1. La
unión A está conectado al bus de tierra GB a través del disyuntor B8
mientras que la entrada de corriente alterna desde el inversor 50
está conectada al bus de neutro NB por medio del hilo W50 y el
disyuntor B7 a través de hilo W52. El bucle del dispositivo de carga
de corriente continua intrínseca dobla eficazmente la capacidad de
transporte de corriente de los hilos asociados mientras que la
agrupación de los caminos de corriente alterna y de corriente
continua en cuanto a los dispositivos disyuntores permite realizar
el aspecto de voltaje dual con seguridad aumentada.
Para reiterar algo de lo anterior, el concepto
modular de esta invención es muy importante en que implica la
provisión de entidades diferentes que son el dispositivo de batería
de almacenamiento SB y el dispositivo condensador de filtro FC. El
dispositivo de batería de almacenamiento SB tiene una capacidad
equivalente de batería grande coherente con un excelente camino para
la corriente alterna hacia tierra y el dispositivo condensador de
filtro FC tiene una capacidad muy pequeña coherente con un camino
limitado para la corriente alterna hacia tierra y que está
dimensionado en capacidad de modo que la reactancia capacitiva Xc
sea lo suficientemente baja para que pase la suficiente corriente
para mantener tanto el caso peor en que las corrientes de fallo
fluyan por debajo de cualquier choque peligroso como para permitir
que fluya la suficiente corriente para activar los disyuntores
correspondientes en el caso de cortocircuito de un aparato. Como se
ha observado la capacidad del condensador de filtro FC será del
orden de 50 microfaradios.
Fig.
4
La Fig. 4 se refiere a un circuito que incorpora
un convertidor del tipo de conmutación de eficacia muy elevada y es
una forma preferida de convertidor porque este tipo de fuente de
potencia de corriente continua a corriente continua representa la
máxima eficacia posible contemporáneamente. La Fig. 4 ilustra
mecanismos de entrada, algunos de los cuales no se han indicado por
caracteres de referencia sino que se ha indicado por su función, y
también ilustra mecanismos de salida, ninguno de los cuales se ha
indicado por caracteres de referencia sino que se han indicado por
su función. En todos los casos, el significado quedará claro y el
material descriptivo adicional que detalla los mecanismos y los
caracteres de referencia se consideran innecesarios.
El bloque encerrado en líneas discontinuas, e
indicado por el carácter de referencia 501 es un circuito puente
rectificador de onda completa típico (es decir lo opuesto a un
inversor) que alimenta el condensador 505 en la unión 501' y cuyo
propósito es reducir la componente de rizado rectificada del
circuito 501 y proporcionar un voltaje de entrada de corriente
continua filtrado, presente entre la unión 501' y el conductor 501v,
al dispositivo convertidor.
El circuito convertidor mostrado, aguas abajo y
alimentado por la corriente continua filtrada desde el circuito
rectificador 501, tiene las uniones 521' y 521'' dentro de la
sección 521 entre las que se conecta el par resistencia/condensador
521r y 521c y cuyo par proporciona la unión adicional 521'''. La
unión 521''' está conectada al conductor 521v que proporciona al
modulador de ancho de pulso 503 con voltaje positivo Vcc, y esta
unión alimenta el diodo 521d1 que tiene uniones con el par
resistencia/condensador en paralelo que está conectado entre el
diodo 521d2 y la unión 521''.
El convertidor emplea un modulador de ancho de
pulso PWM, indicado como 503, que controla el circuito transistor de
conmutación 508 para imprimir picos de voltaje transitorio presentes
en el conductor 508v a través del primario del transformador 506
para que circule corriente en los devanados primarios L1 y L2 del
transformador 506 por lo que "se genera una corriente alterna como
un proceso intermedio en el flujo de energía" como se ha definido
en la definición anterior del término "convertidor". El lado de
secundario del transformador 506 se representa por los devanados L3
y L4.
El circuito 509 es un enlace de aislamiento
óptico entre el modulador de ancho de pulso 503 y el dispositivo de
control 522 sobre el lado secundario del transformador 506 que
permite controlar el voltaje sobre el conductor 509v que emana desde
el modulador de ancho de pulso 503 sobre el lado primario del
transformador 506 para proporcionar una entrada al dispositivo de
control 522 sobre el lado de secundario para influir sobre el
modulador de ancho de pulso PWM 503 sin corriente de fuga devuelta
desde el circuito secundario. Típicamente, la frecuencia de
conversión efectuada por el transformador 506 será de
20.000-100.000 Hz que estipula la necesidad del
condensador especial 517 para absorber estos transitorios, la
capacidad del condensador 517 será típicamente de aproximadamente 1
microfaradio cuando se usa.
El devanado secundario L4 alimenta el circuito
514 que, de forma similar al rectificador 501 más el filtrado del
condensador 505, proporciona una salida de corriente continua, en
este caso la entrada de corriente continua adecuada al medio de
control 522 en el conductor 514v. El medio de control 522 tiene un
conductor de salida 522o conectado al enlace óptico 510 para
controlar los tres modos de funcionamiento del control de voltaje de
acuerdo con los principios de mis solicitudes anteriores. Es decir,
cuando el enlace del aislador óptico 510 está en "conducción",
los modos que permiten que la corriente continua fluya desde el
dispositivo fotovoltaico 520 están operativos, es decir, cualquiera
o ambas entradas de potencia de corriente continua desde el
dispositivo 520 solo y parcial o la entrada de potencia de corriente
continua compartida desde el dispositivo 520. Cuando el enlace del
aislador óptico 510 está "cortado", el modo restante, la
entrada de potencia de corriente continua solamente se efectúa desde
otra fuente, (es decir, no la entrada fotovoltaica).
Los modos se controlan por el voltaje de
corriente continua predominante a través de las uniones J1 y J2 (o
la presencia de un mecanismo recargable de corriente continua tal
como un dispositivo de batería de almacenamiento conectado a estas
uniones) en cuyo caso, modo 1, la potencia de corriente continua
entra al mecanismo de corriente continua recargable solo, en el modo
2, la entrada de potencia de corriente continua se comparte y en el
modo 3 ninguna entrada de potencia de corriente continua al
mecanismo de corriente continua recargable es la orden del día. Es
decir, cuando los conductores 523 y 524 están conectados a una de
las fuentes de corriente continua, ilustradas en la Fig. 4, o a una
fuente de potencia de corriente continua tal como DCPS de la Fig. 1
o de la Fig. 3, el sistema será totalmente operativo para los
propósitos que se pretenden.
Dicho de otro modo, el voltaje de corriente
continua aplicado al dispositivo de almacenamiento dependerá de la
retroalimentación influida por las resistencias 36, 42, 43, 44, 45,
68, 70, 74 y 76 en la Fig. 2 o por las resistencias que incluyen
511, 512, 513 y 515 en la Fig. 4.
Esto es cierto incluso si el sistema de acuerdo
con esta invención se aplica sobre la más escasa de las entradas.
Por ejemplo, en una localización donde cualquiera de las fuentes de
potencia está disponible sólo una parte del tiempo, o está
disponible en el emplazamiento sólo desde un mecanismo al mismo
tiempo, será eficaz alguna configuración descrita en las Figuras de
los dibujos de este documento para proporcionar una fuente de
potencia de corriente continua al dispositivo de batería de
almacenamiento.
Claims (5)
1. Un sistema de gestión de potencia modular que
tiene cableado común para permitir tanto potencia de corriente
alterna como potencia de corriente continua a su través que
comprende:
un panel de distribución eléctrico (EDB) capaz
de recibir ambas potencias de corriente alterna y de corriente
continua;
un sistema de buses alojados dentro del panel
(EDB) y que incluyen dispositivos de buses de potencia eléctricos
(P1 y P2), un dispositivo de bus de neutro (NB) y un dispositivo de
bus de tierra (GB);
una unidad de módulo (M) que incluye un
dispositivo de alimentación de potencia de corriente continua
externo al panel (EDB) conectado a través de dicho dispositivo de
bus de neutro (NB) y dicho dispositivo de bus de tierra (GB) dentro
de dicho panel (EDB);
un dispositivo para suministrar potencia de
corriente alterna (EU) a dichos buses de potencia, neutro y tierra
(P1, P2, NB, GB) dentro de dicho panel;
un dispositivo para suministrar potencia de
corriente alterna y de corriente continua desde dicho panel (EDB),
que comprende una toma de corriente eléctrica (EO1) que tiene una
primera apertura de conexión eléctrica (20) conectada a dicho
dispositivo de bus de potencia de corriente alterna (P2), una
segunda apertura de conexión eléctrica (22) conectada a dicho
dispositivo de bus de neutro (NB) y una tercera apertura de conexión
eléctrica (24) conectada a dicho dispositivo de bus de tierra
(GB);
un medio para extraer de modo selectivo potencia
de corriente alterna o de corriente continua (PL1, PL2) para una
carga externa (AL, LM) desde dicha toma de corriente eléctrica (EO1)
que conecta dicha carga (AL, LM) a las aperturas de conexión
seleccionadas (20, 22, 24) dentro de dicha toma de corriente
eléctrica (EO1); y
un dispositivo disyuntor que protege dicha carga
externa (AL, LM), dispositivo disyuntor que comprende disyuntores
(13, 14) dispuestos en los caminos de potencia de corriente alterna
y de corriente continua y que están agrupados para la actuación
simultánea de ambas potencias de corriente alterna y de corriente
continua.
2. Un sistema de gestión de potencia modular
como el definido en la reivindicación 1, en el que uno de los
disyuntores (13, 14) está conectado con una carga externa de
corriente continua (LM) y el otro (13, 14) está conectado con la
carga externa de corriente alterna (AL).
3. Un sistema de gestión de potencia modular de
acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2 en el que el
dispositivo de suministro de potencia de corriente continua (SB,
DCPS) comprende un dispositivo de batería de almacenamiento
(SB).
4. Un sistema de gestión de potencia modular de
acuerdo con la reivindicación 3 en el que el dispositivo de
suministro de potencia de corriente continua comprende además un
dispositivo regulador de voltaje (78) para controlar el nivel de
carga del dispositivo de batería de almacenamiento.
5. Un método para gestionar la potencia en un
lugar que comprende:
proporcionar capacidad de potencia tanto de
corriente alterna como de corriente continua en dicho lugar;
proporcionar un cableado común (W20, W22, W24)
dentro de dicho lugar a través del que están permitidas potencias
tanto de corriente alterna como de corriente continua;
proporcionar un dispositivo de batería de
almacenamiento (SB) para almacenar energía de corriente continua,
suministrando dicho dispositivo de batería de almacenamiento (SB)
con potencia continua para mantener el nivel de voltaje de dicho
dispositivo de batería de almacenamiento (SB) no mayor que cuando
está totalmente cargada;
proporcionar dispositivos disyuntores (13, 14)
en los caminos de potencia de corriente alterna y de corriente
continua y agrupar dichos dispositivos disyuntores para la actuación
simultánea de potencia tanto de corriente alterna como de corriente
continua; y
suministrar potencia de corriente alterna y de
corriente continua en el lugar a través del cableado común (W20,
W22, W24); y
extraer selectivamente potencia de corriente
alterna o de corriente continua para una carga externa (AL, LM) en
el lugar.
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