ES2284577T3 - Sistema para alimentar corriente de un generador de corriente continua a una red de corriente alterna. - Google Patents
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Abstract
Instalación para la alimentación de corriente eléctrica proveniente de generadores de corriente continua (21-28)en el sector de corriente alterna con al menos dos inversores activos (31-38), cada uno caracterizado por una potencia de entrada óptima y conectado por el lado de entrada con al menos un generador de corriente continua (21-28) de potencia de salida variable y un dispositivo de medida (40) así como elementos de contacto (1-15) y y un dispositivo de control previsto para ejecutar una operación de conmutación dependiendo de una condición pudiendo ser indicada previamente por el dispositivo de control, caracterizada por el hecho de que la operación de conmutación provoca la separación de al menos un generador (21) de un primer inversor (31) y una conexión de dicho generador (21) a un segundo inversor (32) y se dispara cuando el segundo inversor (32) ha visto caer su potencia de entrada tan baja que no trabaja más en su zona de grado de eficacia óptima.
Description
Sistema para alimentar corriente de un generador
de corriente continua a una red de corriente alterna.
La invención consiste en una instalación para la
alimentación de corriente eléctrica del sector de corriente alterna
a partir de generadores de corriente eléctrica continua con por lo
menos dos inversores activos, cada uno está caracterizado por una
potencia de entrada óptima y cada uno está conectado del lado de la
entrada por lo menos con un generador eléctrico que tiene una
potencia de salida variable, y un dispositivo de medida, así como
elementos de contacto previstos para ejecutar la operación de
conmutación, y un dispositivo de control destinado a poner en
marcha la operación de conmutación,
- la puesta en marcha de la operación de
conmutación dependiente de una condición que puede ser prescrita
por el dispositivo de control.
Encontramos una disposición de este tipo en la
EP 1 047 179, que prevé repartir progresivamente la salida de un
generador de corriente continua que tiene una potencia de salida
suficiente sobre varios inversores.
Las instalaciones fotovoltaicas conocidas están
constituidas por regla general por varios inversores que están
conectados cada uno del lado de su entrada con uno o varios haces
de elementos fotovoltaicos conectados en serie. Los inversores y los
elementos fotovoltaicos están, en esta ocasión, conectados de modo
fijo, de forma que ninguna variación de alimentación sea posible
durante el funcionamiento.
En las disposiciones de este género, el hecho de
que el funcionamiento de la instalación es posible sólo de modo
temporal cuando la potencia de entrada de los inversores es óptima
se revela desventajoso. Esta situación se produce más o menos al
azar cuando los generadores de corriente eléctrica conectados sobre
un inversor liberan, a causa de la insolación momentánea,
exactamente las potencias de salida necesarias para un
funcionamiento óptimo de los inversores.
Teniendo en cuenta que la luz del sol está
sometida, en nuestras latitudes, a variaciones fuertes, tanto en el
trascurso del día como en el curso de las estaciones, es bastante
raro que tengamos una luz solar de intensidad conveniente para una
utilización óptima. El resto del tiempo, los inversores empleados
trabajan a carga parcial. En el espacio de un año, estos tiempos se
suman para convertirse en una proporción de tiempo netamente más
elevada.
Los grados de eficacia de los inversores se
reducen considerablemente en funcionamiento a carga parcial y,
sobre todo en la franja baja de funcionamiento parcial, únicamente
hay malos grados de eficacia. Las instalaciones fotovoltaicas según
el estado actual de la técnica funcionan debido a ello durante la
mayor parte del año con un grado insatisfactorio de eficacia. Este
mal grado de eficacia conduce al hecho de que sobrevienen pérdidas
en la alimentación del sector de corriente alterna en energía
producida, lo que hace bajar la rentabilidad de la instalación.
Es ante este antecedente que la invención se dio
como tarea idear una instalación para alimentar la red de corriente
alterna con la corriente eléctrica que proviene de generadores de
corriente continua cuyo grado de eficacia es netamente superior al
de las instalaciones conocidas.
Esta tarea se resuelve por el hecho de que la
operación de conmutación provoca una separación de al menos un
generador de un primer inversor y una conexión de este/estos
inverso(es) con un segundo inversor, y se pone en marcha
cuando el segundo inversor ha visto su potencia de entrada caer tan
bajo que no trabaja más en la franja óptima de grado de
eficacia.
La disposición propuesta presenta varios
inversores en cada uno de los cuales uno o varios generadores de
potencia de salida variable están conectados. Cuando la variación
de la potencia de salida se manifiesta por una bajada de la potencia
de salida, la potencia de entrada de los inversores que le
corresponde baja necesariamente, y por ello su grado de eficacia.
Con el fin de contrarrestar esto, el número de generadores
conectados con un inversor activo, según una idea central de la
invención, es considerado variable. Este prerrequisito se pone en
ejecución en la práctica por elementos correspondientes de
contacto. Estos elementos permiten separar uno o varios generadores
atribuidos a un inversor de este último y a conectarlo sobre otro
inversor.
El comienzo de la operación de conmutación
depende, en esta ocasión, de la aparición de una condición que
puede ser requerida por el dispositivo de control. Una expresión
esencial de esta condición - sabiendo que este punto será
desarrollado más ampliamente a continuación - es que la conexión de
generadores se efectúa cuando la potencia de entrada sobre el
inversor considerado cae tan bajo que ya no puede funcionar en la
franja óptima de grado de eficacia. Para los inversores sin
generadores conectados, la desactivación se efectúa en principio
por el dispositivo de control.
Según una característica de la invención, la
operación de conmutación se efectúa para todos los inversores,
respectivamente generadores, cuyas potencias de entrada,
respectivamente de salida, satisfacen esta condición. Esta operación
conduce al hecho de que el número de los inversores activos dentro
de la instalación es reducido y que el número de cada uno de los
generadores conectados con los inversores activos aumenta. Para
cada uno de los inversores activos, esto significa que trabaja en o
muy próximo del punto de trabajo óptimo. Resulta para el conjunto
de la instalación un funcionamiento en la franja óptima de grado de
eficacia para la alimentación del sector eléctrico en energía
eléctrica a partir de generadores de corriente eléctrica continua.
Las pérdidas durante la alimentación se evitan con las
instalaciones según la invención presente, la rentabilidad de la
instalación aumenta con relación a las instalaciones según el estado
actual de la técnica. Las instalaciones fotovoltaicas construidas
según la invención presente pueden funcionar todo el año con un
grado óptimo de eficacia. Ello sirve para optimizar la aportación
de energía y se emplea preferentemente en la conversión de corriente
continua proveniente de instalaciones fotovoltaicas con varios
haces de elementos fotovoltaicos conectados en serie. La
instalación prevista puede ser utilizada de modo ventajoso sobre
todo para las instalaciones bastante grandes de alimentación del
sector.
Se indican condiciones preferidas en un
desarrollo ulterior de la invención, de la aparición de las cuales
depende la puesta en marcha de la operación de conmutación y las
cuales pueden ser conservadas en el dispositivo de control.
Una condición posible según la invención
presente se cumple cuando el dispositivo de medida comprueba que la
potencia de entrada efectiva presente en un segundo inversor cae a
un valor inferior a su potencia óptima de entrada con un valor
correspondiente a la suma de las potencias de salida de n
generadores conectados con el primer inversor, sabiendo que n es un
número natural cuyo valor más pequeño es 1 y cuyo valor máximo es
igual al número de todos los generadores conectados con un primer
inversor, y que puede ser requerido por el dispositivo de
control.
Dos variantes de este desarrollo ulterior son
particularmente interesantes, que son determinadas según una
característica de la invención por el hecho de que n es igual a 1 o
es igual al número de todos los generadores conectados con el primer
inversor. Las variantes son desarrolladas más ampliamente a
continuación. Está considerado en este caso como variante 1 el
desarrollo ulterior en el cual n corresponde al número total de los
generadores conectados con un primer inversor; la variante 2 es el
desarrollo ulterior en el cual n es igual a 1. Desde el punto de
vista de su contenido, estas indicaciones significan que, para la
variante 1, todos los generadores conectados con un inversor son
conectados sobre otro inversor, para la variante dos en cambio
solamente uno de los generadores.
Podemos visualizar el contenido real formulado
en ambas variantes de la manera más simple partiendo de la forma de
una ejecución de la instalación en la cual, según otra
característica de la invención, cada inversor está conectado del
lado de la entrada con un generador y los inversores y los
generadores son similares unos a otros.
Se supone para el estado de salida de esta
instalación que todos los generadores presentan una potencia de
salida correspondiente a la potencia de salida óptima de los
inversores. En caso de caída de la potencia de salida, las
potencias de salida se reducen sobre todos los generadores y a las
potencias de entrada que les corresponden permanentemente sobre los
inversores. Si la potencia de entrada sobre todos los inversores
desciende por debajo del 50% de la potencia de entrada óptima, se
cumple dicha condición para conmutar.
Las condiciones definidas por la variante uno y
la variante dos son idénticas en este caso, por el hecho de que el
número n de generadores enlazados a un inversor es igual a 1 y que
1 corresponde igualmente al número máximo de los generadores
conectados. La condición formulada en la variante uno (o dos)
entonces se cumple como sigue:
- La potencia de entrada efectiva sobre un
segundo inversor cae al 50% de la potencia de entrada óptima
- La potencia de salida a la altura del 50% del
generador conectado con un primer inversor corresponde a la pérdida
de potencia sobre un segundo inversor.
Después de que estas condiciones hayan ocurrido,
según la invención se realiza una separación de n (=1) generadores
de un primer inversor y la conexión de estos n (=1) generadores a
un segundo inversor. Según otra característica de la invención, esta
operación de conmutación se ejecuta para todos los inversores y
generadores cuyas potencias de salida y de entrada cumplan la
condición. Esto significa en resumidas cuentas, para el ejemplo
considerado, que los generadores se separan de una mitad de los
inversores y se enlazan en cada caso a los inversores restantes. Los
inversores sin generadores son luego desactivados. El número de
inversores activos es así reducido a la mitad, mientras que el de
los generadores enlazados con cada inversor activo se dobla. La
potencia de entrada para los inversores es de nuevo llevada a la
potencia de entrada máxima, el funcionamiento de los inversores se
efectúa debido a ello en la franja óptima de grado de eficacia. El
grado total de eficacia de la instalación alcanza en consecuencia
de nuevo su máximo.
La operación se repite de la misma manera entre
los inversores activos cuando la potencia de salida de los
generadores continúa descendiendo. La única diferencia en este caso
es que el estado de salida de la instalación se determina por
inversores que tienen cada uno dos generadores enlazados. Dichas
variantes mencionadas anteriormente conducen en esta ocasión a
resultados diferentes.
En relación con la variante 1, el número máximo
de los generadores enlazados se determina por 2. Esto significa que
dos generadores (n=2) son cortados por cada uno de los
"primeros" inversores teniendo cada uno dos generadores
enlazados y se enlazan con un "segundo" inversor teniendo dos
generadores enlazados.
La operación de conmutación se efectúa cuando la
potencia de entrada sobre todos los inversores cae por debajo del
50% de la potencia óptima de entrada. Porque vale, según una
característica de la variante uno:
- La potencia de entrada sobre un segundo
inversor cae a menos del 50% de la potencia óptima de entrada
- La suma de las potencias de salida a la altura
del 50% de los generadores enlazados con un primer inversor
corresponde a la bajada de potencia sobre el segundo inversor; la
potencia de salida de los diferentes inversores cae en esta ocasión
al 25%.
Después de que estas condiciones aparezcan,
ambos generadores están, según la invención siendo conmutados del
primero hacia el segundo inversor. El número de inversores activos
se reduce a un cuarto a través de la repetición de esta operación
para todos los inversores activos, el número de los generadores
enlazados con cada inversor se multiplica por cuatro.
Si se observan las operaciones de control que se
suceden sobre un inversor activo y que se designa por P_{0} su
potencia de entrada óptima, por P su potencia de entrada efectiva, P
puede adoptar los valores siguientes
\vskip1.000000\baselineskip
sabiendo que cada uno de los
diferentes generadores contribuye sólo a la altura de p a la
potencia de entrada
P
\vskip1.000000\baselineskip
Podemos comprobar de las ecuaciones (1) el hecho
que la potencia de entrada sobre un inversor cae siempre al 50%,
independientemente del número de operaciones de conmutación que se
efectúen y por consiguiente del número de generadores que han sido
enlazados con él antes de que la potencia de entrada esté de nuevo
aumentada a la potencia óptima. Esta caída lleva a que la potencia
de entrada óptima quede relativamente lejos, aunque los inversores
pueden sin embargo funcionar en esta franja de rendimiento con un
grado de eficacia aceptable. El grado elevado de eficacia del
conjunto de la instalación que puede alcanzarse durante un tiempo
bastante largo no se ve pues afectado. La ventaja de la variante
presente debe ser también vista en una construcción muy simple del
dispositivo de
control.
control.
En relación con la variante dos, resulta otro
desarrollo con dos generadores sobre un inversor. La condición para
la ejecución de la operación de conmutación se cumple cuando la
potencia de entrada sobre todos los inversores cae al 66,6% de la
potencia de entrada óptima. Porque vale, según la condición
formulada en la variante dos:
- -
- la potencia de entrada sobre un segundo inversor cae al 66,6% de la potencia óptima de entrada
- -
- la potencia de salida a la altura del 33,3% de uno de ambos generadores enlazados con un primer inversor corresponde a la caída de potencia sobre el segundo inversor.
Después de que esta condición se haya cumplido,
uno de ambos generadores, según la invención, habrá conmutado de un
primer a un segundo inversor, que funcionará entonces de nuevo con
un rendimiento óptimo. El generador que no haya sido activado está
disponible para ser conectado sobre otro inversor.
Si se consideran las operaciones de conmutación
que se suceden las unas a las otras, los valores siguientes son
válidos con las mismas referencias anteriores para cada una de las
potencias de entrada P.
\newpage
sabiendo que cada generador
individual contribuye para una cantidad p para la potencia de
entrada efectiva
P:
Como se puede comprobar mirando las ecuaciones
(2), resulta como ventaja de la segunda variante con relación a la
primera el hecho de que la potencia de entrada sobre un inversor
pierde cada vez más con relación a la potencia óptima con cada nueva
operación de conmutación. Los inversores y de ahí el conjunto de la
instalación funcionan así a un nivel próximo al grado óptimo
durante el espacio de tiempo entre dos operaciones de conmutación.
Es una nueva mejora del grado total de eficacia de la instalación
que está vinculada a ello.
El número de los inversores utilizado en el
conjunto de la instalación es constantemente reducido con la bajada
de la potencia de salida de los generadores. El esquema mencionado
puede efectuarse tan a menudo como sea necesario antes de que todos
los generadores estén conectados con un inversor.
Cuando las potencias de salida de los
generadores de corriente continua aumentan de nuevo después de una
bajada, las operaciones de conmutación ejecutadas en caso de bajada
de la potencia de salida son, según una configuración de la
invención anuladas de nuevo en orden inverso.
Lo que es ventajoso para la conversión de
corriente continua en corriente alterna, es cuando los lados de
entrada de los inversores activos estén separados uno del otro. Es
por ello que se prevén interruptores en una forma de ejecución del
dispositivo de control de la instalación según la invención, que
ponen en práctica esta exigencia.
Se encontrarán otras ventajas, detalles y
características de la invención en la parte siguiente de la
descripción. En esta parte se describe más precisamente un ejemplo
de ejecución de la instalación según la invención con elementos
fotovoltaicos que sirven de generadores con ayuda de un esquema
adjunto. El esquema muestra un diagrama de bloque en forma
esquemática.
Cada inversor está, en la instalación,
representado en la Figura 1, conectado del lado de la entrada con
un generador. Los inversores y los generadores se ejecutan cada uno
de la misma manera. Todos los generadores presentan una potencia de
salida que corresponde a la potencia de entrada óptima de los
inversores.
Los elementos de contacto de la instalación
están reproducidos en el campo medio de la instalación que está
compuesta por relés 1-15. Los generadores
21-28 consisten en módulos fotovoltaicos de
elementos fotovoltaicos conectados en serie. Los inversores se
identifican por los números de referencia 31-38. Los
dispositivos de medida y de control están integrados el uno en el
otro y representados por un único elemento llevando el número de
referencia 40, los cables eléctricos están identificados por
41-48, el cable de control por
51-57.
Si el dispositivo de medida constata en los
módulos fotovoltaicos 21-28 una potencia de salida
inferior o igual a la mitad de la potencia óptima de los inversores,
los módulos fotovoltaicos 22, 24, 26 y 28 se separan de los
inversores 32, 34, 36 y 38 y se conectan a los inversores 31, 33,
35, y 37 por apertura de los relés 9, 11, 13 y 25 y por cierre de
los relés 1, 3, 5, y 7. La potencia de entrada para cada uno de los
inversores 31, 33, 35 y 37 está por ello doblada y por ello de
nuevo remontada a la potencia de entrada óptima. Estos inversores
pueden por consiguiente trabajar de nuevo en la zona de grado de
eficacia óptima y el grado de eficacia total de la instalación
alcanza de nuevo su máximo. Los inversores 32, 34, 36 y 38 son
cortados seguidamente.
Si dejamos caer más la potencia de salida de los
módulos fotovoltaicos, los inversores 33 y 37 quedan cortados entre
los inversores activos 31, 33, 35 y 37 con el fin de asegurar un
funcionamiento en la zona de grado de eficacia óptima de los
inversores activos restantes 31 y 35.
El circuito relé del ejemplo de ejecución
reproducido asegura además el hecho de que los inversores activos
del lado de la tensión continua estén separados los unos de los
otros.
Las etapas descritas tienen como efecto una
optimización en el sentido de que cada uno de los inversores
activos puede trabajar en o muy próximo al punto de trabajo óptimo.
Resulta para el conjunto de la instalación un funcionamiento en la
zona óptima de grado de eficacia para la alimentación de energía
eléctrica proveniente de generadores de corriente continua. En
cuanto a las configuraciones de instalaciones fotovoltaicas según la
instalación presente, ellas pueden funcionar todo el año con un
grado de eficacia óptima.
Claims (9)
1. Instalación para la alimentación de corriente
eléctrica proveniente de generadores de corriente continua
(21-28) en el sector de corriente alterna con al
menos dos inversores activos (31-38), cada uno
caracterizado por una potencia de entrada óptima y conectado
por el lado de entrada con al menos un generador de corriente
continua (21-28) de potencia de salida variable y un
dispositivo de medida (40) así como elementos de contacto
(1-15) y un dispositivo de control previsto para
ejecutar una operación de conmutación dependiendo de una condición
pudiendo ser indicada previamente por el dispositivo de control,
caracterizada por el hecho de que
la operación de conmutación provoca la
separación de al menos un generador (21) de un primer inversor (31)
y una conexión de dicho generador (21) a un segundo inversor (32) y
se dispara cuando el segundo inversor (32) ha visto caer su
potencia de entrada tan baja que no trabaja más en su zona de grado
de eficacia óptima.
2. Instalación para la alimentación de corriente
eléctrica según la reivindicación 1, caracterizada por el
hecho de que la condición se alcanza cuando el dispositivo de
medida constata que la potencia de entrada ha caído a un valor
inferior a su potencia de entrada óptima en una cantidad
correspondiente a la suma de las potencias de salida de n
generadores conectados a un primer inversor, sabiendo que n es un
número natural cuyo valor más pequeño es igual a 1 y cuyo valor
máximo es igual a la suma de todos los generadores conectados a un
primer inversor y puede ser prescrita por un dispositivo de
control.
3. Instalación para la alimentación de corriente
eléctrica según la reivindicación 2, caracterizada por el
hecho de que la operación de conmutación provoca una separación de
n generadores de un primer inversor y una conexión de dichos n
generadores a un segundo inversor.
4. Instalación para la alimentación de corriente
eléctrica según la reivindicación 2 ó 3, caracterizada por
el hecho de que n es igual a 1 ó es igual al número de todos los
generadores conectados al primer inversor.
5. Instalación para la alimentación de corriente
eléctrica según las reivindicaciones 1-4,
caracterizada por el hecho de que la operación de conmutación
está prevista para todos los inversores y generadores cuyas
potencias de entrada y de salida responden a la condición.
6. Instalación para la alimentación de corriente
eléctrica según una de las reivindicaciones 1-5,
caracterizada por el hecho de que cada inversor está
conectado por el lado de la entrada con un generador y que los
inversores y los generadores son cada uno de construcción
idéntica.
7. Instalación para la alimentación de corriente
eléctrica según una de las reivindicaciones 1-6,
caracterizada por el hecho de que el dispositivo de control
anula en el orden inverso las operaciones de conmutación ejecutadas
en el momento de las bajadas de potencia en caso de aumento de las
potencias de salida de los generadores.
8. Instalación para la alimentación de corriente
eléctrica según una de las reivindicaciones precedentes,
caracterizada por el hecho de que el dispositivo de control
presenta interruptores con ayuda de los cuales los lados de entrada
de los inversores activos pueden ser aislados galvánicamente los
unos de los otros.
9. Utilización de la instalación para la
alimentación de corriente eléctrica según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizada por el hecho de
que se pone en marcha con elementos fotovoltaicos para la
producción y la conversión de corriente eléctrica.
Applications Claiming Priority (1)
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| EP01124772A EP1309063B1 (de) | 2001-10-17 | 2001-10-17 | Anlage zur Einspeisung von Strom aus Gleichstromerzeugern in das Wechselstromnetz |
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