ES2339048T3 - Inversor. - Google Patents

Abstract

Ondulador eléctrico con un circuito intermedio (3) y varios brazos de puente ondulador (4a, 4b, 4c), caracterizado porque el ondulador genera una tensión de salida monofásica o polifásica, un dispositivo de control (6) conecta o desconecta las fases individualmente mediante la excitación de un número correspondiente de brazos de puente ondulador (4a, 4b, 4c), y la conexión o desconexión de las fases se realiza en función de un valor máximo de una variación de tensión que aparece en el circuito intermedio (3), o en función de la potencia aplicada al ondulador, o en función de la potencia de salida del ondulador.

Description

Inversor.

La presente invención se refiere a un ondulador eléctrico con un circuito intermedio y varios brazos de puente ondulador.

Los onduladores conocidos tienen por el lado de salida de uno a tres brazos de puente ondulador y con ello generan una tensión de salida monofásica, bifásica o trifásica. Hasta ahora sólo se conocen onduladores que se conectan como una unidad completa. Esto tiene la desventaja de que el ondulador correspondiente tiene enseguida el consumo propio total.

En el documento DE 199 37 410 A1 se describe un circuito de un ondulador solar que en su salida tiene tres brazos de puente ondulador para la generación de una corriente alterna trifásica.

Una desventaja de estos onduladores es que en el intervalo inferior de carga parcial tienen un rendimiento significativamente inferior al de los onduladores monofásicos o bifásicos.

Sin embargo en la práctica, especialmente en los onduladores fotovoltaicos es particularmente importante el rendimiento en el intervalo de carga parcial pues tiene una gran contribución al rendimiento total.

Se presenta, por tanto, el objetivo de conseguir un ondulador de varias fases que se caracterice por un elevado rendimiento en el intervalo inferior de carga parcial.

Este objetivo se consigue gracias a que el ondulador genera una tensión de salida monofásica o con varias fases, a que un dispositivo de control conecta o desconecta las fases individualmente mediante la excitación de un número correspondiente de brazos de puente ondulador, y a que la conexión o desconexión de las fases se realiza en función de un valor máximo de una variación de tensión que aparece en el circuito intermedio, o en función de la potencia aplicada al ondulador, o en función de la potencia de salida del ondulador.

El objetivo de los estudios era reducir de este modo el consumo propio del ondulador en el intervalo de las cargas parciales. Esto llevó a la idea de conectar el puente ondulador escalonadamente, es decir, cuando las carga son muy pequeñas conectar sólo una fase, cuando son algo mayores conectar dos fases y cuando son grandes conectar la tercera fase.

Fundamentalmente, en los onduladores monofásicos no existe esta posibilidad. Pero tampoco hasta ahora se han conocido sistemas trifásicos con un modo de funcionamiento de este tipo.

En una ventajosa forma de realización de la invención se analiza una variación del valor de la tensión en el circuito intermedio, es decir en la disposición de condensadores normalmente conectada antes de los brazos de puente ondulador, para almacenamiento de energía o compensación intermedia. Con potencias de salida elevadas, se producen en el circuito intermedio oscilaciones de tensión crecientes ("rizado") cuya aparición puede utilizarse como criterio para la introducción del funcionamiento con varias fases.

Esta alimentación de la red adaptada a la demanda con un número variable de fases tiene la ventaja de que la potencia máxima se reparte entre tres brazos de puente ondulador, de modo que los brazos de puente ondulador se han de configurar para un tercio de la carga máxima. Gracias a esto el coste necesario no es mayor que en un ondulador monofásico en el que su puente ondulador debe estar configurado de antemano para la carga máxima.

En el intervalo de carga parcial en el que sólo se transmite una fracción de la potencia máxima, uno o dos brazos de puente ondulador están suficientemente dimensionados para la potencia a transmitir.

Con esto, el ondulador según la invención une las ventajas de un ondulador trifásico y las de un ondulador con una o con dos fases, a saber, une por una parte la posibilidad de alimentar la red con tres fases en el intervalo de alta potencia, y por otra un rendimiento especialmente elevado en el intervalo de carga parcial. En conjunto es posible elevar considerablemente el rendimiento económico de las instalaciones fotovoltaicas en el intervalo inferior de carga parcial, respecto a los aparatos monofásicos y también respecto a los aparatos trifásicos conocidos.

Es especialmente ventajoso captar la variación de tensión que aparece en el circuito intermedio mediante un convertidor analógico digital cuya señal de salida se introduce en un microcontrolador que gobierna los brazos de puente ondulador, y que a continuación modifica correspondientemente la excitación de los brazos de puente ondulador.

La figuras muestran esquemáticamente un ejemplo de realización que a continuación se explica con más detalle haciendo referencia a ellas.

Las figuras muestran:

La Fig. 1, un diagrama de bloques de un ondulador eléctrico trifásico,

la Fig. 2, la curva de rendimiento de un ondulador eléctrico en funcionamiento monofásico o con varias fases,

la Fig. 3, el rizado del circuito intermedio con cargas de distinto nivel.

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La fig. 1 muestra mediante un diagrama de bloques la estructura esquemática de un ondulador según la invención. El ondulador representado sirve por ejemplo para la alimentación de la energía eléctrica generada fotovoltaicamente a una red de corriente trifásica.

Para ello el ondulador está unido por su lado de entrada con elementos fotovoltaicos (1) que proporcionan una corriente continua. Está corriente continua se lleva a un convertidor de corriente continua a corriente continua (2) que a continuación se denominará brevemente convertidor CC/CC, que realiza una adaptación de la tensión de entrada al nivel de tensión requerido en la salida del ondulador.

Conectada después del convertidor CC/CC (2) se encuentra una disposición de varios condensadores (C1, C2) para el almacenamiento de energía y la compensación intermedia, constituyendo la disposición el circuito intermedio (3) del ondulador. A continuación el ondulador tiene tres brazos de puente ondulador (4a, 4b, 4c) que preferentemente están configurados internamente como semipuentes con dos circuitos semiconductores controlables. Para el gobierno de los brazos de puente ondulador (4a, 4b, 4c) se prevé un dispositivo de control (6) que ventajosamente tiene un microcontrolador (MC). El dispositivo de control (6) está unido por su entrada con otro dispositivo (5) que capta una tensión o una curva de tensión en el circuito intermedio (3) y la analiza.

Para la vigilancia de la tensión, el dispositivo (5) tiene adecuadamente un convertidor analógico digital (ADC) que proporciona su señal de salida al microcontrolador MC del dispositivo de control 6, donde se analiza con el fin de gobernar los brazos de puente ondulador (4a, 4b, 4c).

El ondulador tiene especialmente tres brazos de puente ondulador (4a, 4b, 4c) mediante los cuales se puede proporcionar una tensión alterna trifásica para alimentación a la red. Aquí surge el problema de que cuando la carga en la salida del ondulador es baja, el rendimiento del ondulador en funcionamiento trifásico es claramente inferior al del ondulador en funcionamiento monofásico con un solo brazo de puente ondulador.

Esto se ilustra en la Fig. 2. En ella se representa la curva de rendimiento para un ondulador típico para una potencia total de 5 kW, que con la misma construcción se utiliza con uno, con dos o con tres brazos de puente ondulador controlados. Tal como puede verse en el diagrama, el rendimiento del ondulador disminuye de forma importante cuando disminuye la demanda de potencia.

Cuando el convertidor funciona con tres fases, el rendimiento se reduce significativamente a partir de 1000 W, mientras que cuando el convertidor funciona con una o con dos fases todavía permanece casi constante. Por debajo de una potencia de salida de unos 500 W, desde el punto de vista del rendimiento, el funcionamiento del convertidor con una fase se muestra superior al funcionamiento con dos o con tres fases.

Para resolver este problema, al disminuir la potencia de salida en el intervalo de carga parcial, el ondulador según la invención conmuta de funcionamiento con tres fases a funcionamiento con dos fases y luego a funcionamiento con una fase, gracias a lo cual en cada intervalo de carga se obtiene el rendimiento más favorable. Ciertamente, mediante la conmutación al intervalo de carga parcial se alimenta a la red trifásica únicamente una tensión con una fase o con dos fases; pero esto no es ningún problema debido a que las potencias alimentadas a la red y que entran aquí en cuestión son muy pequeñas en comparación con la potencia total transportada por la red.

La conmutación entre ondulador monofásico y polifásico tiene lugar del modo siguiente. En los onduladores con alimentación monofásica a red, cuando las potencias son elevadas aparecen en el circuito intermedio oscilaciones de tensión que a continuación se denominarán brevemente "rizado". Mientras que en los onduladores monofásicos, para evitar la aparición de rizado se utilizan condensadores muy grandes, los onduladores trifásicos tienen condensadores de circuito intermedio (C1, C2) muy pequeños comparados con los de un ondulador monofásico, pues en la alimentación trifásica la suma de las potencias alimentadas en cada instante es exactamente la misma.

Así, cuando se alimenta monofásicamente con un ondulador trifásico, en el circuito intermedio aparece un rizado. Si se alimenta monofásicamente con una potencia reducida, entonces el valor de la tensión de esta ondulación es correspondientemente reducido. La Fig. 3 muestra las curvas de la tensión en el circuito intermedio con distintas potencias. Cuando las potencias transmitidas son pequeñas la tensión en el circuito intermedio oscila poco alrededor de un valor medio; por el contrario cuando las potencias son mayores, la tensión en el circuito intermedio tiene una amplitud grande.

El problema de la aparición de rizado en el circuito intermedio se puede evitar fácilmente mediante una vigilancia de la tensión en el circuito intermedio. A este fin se define un rizado de tensión admisible máximo. La electrónica de análisis del dispositivo (5) capta la tensión en el circuito intermedio así como la aparición de rizado y proporciona la información al dispositivo de control (6). Éste conecta o desconecta las fases mediante la excitación de un número correspondiente de brazos de puente ondulador (4a, 4b, 4c), en función del nivel de tensión del rizado.

La invención utiliza la propiedad de aparición de rizado originalmente inconveniente, para, por una parte mantener bajo el nivel de tensión del rizado, y simultáneamente para determinar el punto de conmutación entre funcionamiento monofásico y polifásico.

En su caso se pueden utilizar otros criterios para la conexión y la desconexión de las fases. Junto al rizado en el circuito intermedio, se puede tomar también como criterio para conectar o desconectar otras fases, la carga en una de las fases. Así se puede vigilar además la carga de los semiconductores de los brazos de puente ondulador.

Mediante la disposición descrita se puede mejorar sustancialmente el rendimiento total de los onduladores fotovoltaicos en el intervalo de cargas parciales, en comparación con los aparatos conocidos.

Signos de referencia

1

Elementos fotovoltaicos

2

Convertidor CC/CC

3

Circuito intermedio (condensadores)

4a, 4b, 4c

Brazos de puente ondulador

5

Dispositivo (para captar una magnitud eléctrica)

6

Dispositivo de control

ADC

Convertidor analógico-digital

C1, C2

Condensadores

MC

Microcontrolador

Claims (7)

1. Ondulador eléctrico con un circuito intermedio (3) y varios brazos de puente ondulador (4a, 4b, 4c),

caracterizado porque

el ondulador genera una tensión de salida monofásica o polifásica,

un dispositivo de control (6) conecta o desconecta las fases individualmente mediante la excitación de un número correspondiente de brazos de puente ondulador (4a, 4b, 4c), y

la conexión o desconexión de las fases se realiza en función de un valor máximo de una variación de tensión que aparece en el circuito intermedio (3), o en función de la potencia aplicada al ondulador, o en función de la potencia de salida del ondulador.

2. Ondulador eléctrico según la reivindicación 1, caracterizado porque se prevé un convertidor analógico digital (ADC) para la vigilancia de una magnitud eléctrica.

3. Ondulador eléctrico según la reivindicación 1, caracterizado porque el dispositivo de control (6) tiene un microcontrolador (MC).

4. Ondulador eléctrico según la reivindicación 1, caracterizado porque se prevén tres brazos de puente de ondulador (4a, 4b, 4c) en total.

5. Ondulador eléctrico según la reivindicación 1, caracterizado porque los brazos de puente ondulador (4a, 4b, 4c) están configurados como semipuentes controlables.

6. Ondulador eléctrico según la reivindicación 1, caracterizado porque el ondulador es parte de una instalación fotovoltaica.

7. Ondulador eléctrico según la reivindicación 1 ó la 6, caracterizado porque el puente ondulador está previsto para alimentar energía eléctrica a la red eléctrica pública.