ES2354887T3

ES2354887T3 - Método y aparato de control de sistema de energía alternativa.

Info

Publication number: ES2354887T3
Application number: ES04814044T
Authority: ES
Inventors: Mark John Kocher; Gerald Benjamin Carson
Original assignee: Square D Co
Current assignee: Schneider Electric USA Inc
Priority date: 2003-12-30
Filing date: 2004-12-13
Publication date: 2011-03-18
Anticipated expiration: 2024-12-13
Also published as: JP2007521583A; CA2551908C; EP1700173B1; US7117044B2; WO2005066726A1; DE602004029718D1; EP1700173A1; US20050143846A1; CA2551908A1

Abstract

Un método para controlar un sistema de energía alternativa multivariable con una pluralidad de modos en el que el sistema se configura para funcionar a partir de un dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica (EESD) y un dispositivo de generación de energía alternativa (AEGD), comprendiendo el método: acoplar una entrada de EESD del sistema a un bus de cc a través de un primer dispositivo de flujo de potencia que controla el flujo de potencia entre el EESD y el bus de cc, y acoplar una entrada de AEGD al bus de cc a través de un circuito de bloqueo inverso configurado para evitar que la corriente fluya desde el bus de cc al AEGD; monitorizar una pluralidad de variables de control de interés en el sistema que incluyen la corriente de EESD y la tensión de EESD, la tensión de bus de cc y la corriente de AEGD; seleccionar una de las variables de control para el control de regulación y regular la variable de control seleccionada con respecto a un punto de consigna deseado sin dejar de monitorizar las restantes variables de control; y conmutar selectivamente el control de regulación a una de las variables de control restantes y regular esa variable de control con respecto a un punto de consigna deseado si se detecta que esa variable de control supera un valor permitido, caracterizado porque la selección y la conmutación selectiva se llevan a cabo de acuerdo con un orden de prioridad dependiente del modo actual del sistema de energía alternativa.

Description

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere en general a sistemas de energía alternativa, y en concreto se refiere al control de tales sistemas. 5

Los sistemas de energía alternativa representan una alternativa cada vez más viable o un complemento a la red eléctrica pública convencional. Por ejemplo, los avances en las tecnologías de generación y regulación de potencia han aumentado la densidad de potencia y fiabilidad de los sistemas de generación basados en pilas de combustible de manera que esos tipos de sistemas son cada vez más razonables para su uso en el suministro de energía local para residencias y pequeñas empresas, e incluso en 10 proporcionar oportunidades para la cogeneración en la que un sistema de energía alternativa conectado a la red inyecta una parte de su potencia de salida a la red pública.

Por lo general, tales sistemas convierten la potencia de cc de una pila de combustible (u otra fuente local) en potencia de ca utilizando un convertidor de potencia. Además, tales sistemas incluyen por lo general una o más baterías para proporcionar potencia de reserva, y, por lo menos de forma temporal, 15 proporcionar mayor potencia de la que puede proporcionarse mediante la fuente primaria, p. ej., la pila de combustible. Como tal, el típico sistema de energía alternativa incluye fuentes de energía múltiples (p. ej. pila de combustible y baterías de reserva) y es necesario poder regular más de una variable del sistema de alimentación. Ejemplos de variables de interés incluyen, pero no se limitan a, corriente de pila de combustible, tensión y/o corriente de batería, y tensión de bus de cc. 20

Monitorizar tales sistemas basados en una pluralidad de variables de sistema diferentes, potencialmente conflictivas, presenta un desafío de control significativo, especialmente en los casos en los que el sistema opera en y conmuta entre una variedad de modos, como el autónomo, conectado a la red, etc. Por ejemplo, en determinados modos de funcionamiento, puede haber un elemento o un número limitado de elementos de control dentro del sistema que pueden utilizarse para efectuar la regulación deseada. 25

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

La presente invención US 2003/006745 describe un método para monitorizar un sistema de energía alternativa multivariable, definido en las reivindicaciones adjuntas comprende un método y un aparto para controlar un sistema multivariable que utiliza un componente de control común, en el que la monitorización de control y la lógica de selección seleccionan la variable de control a regular en base a unos 30 modos de control deseados y los estados de las variables monitorizadas. Un sistema de ejemplo combina una pluralidad de lazos de control en un circuito de control común que se configura con la respuesta de control apropiada, p. ej., ganancias, retardos, filtrado, etc., teniendo en cuenta la variable de control a regular.

Aunque el lazo de control global se cierra a través de sólo una variable de retroalimentación al mismo tiempo, es decir, la respuesta de regulación se dirige a una variable de control seleccionada, el 35 aparato de ejemplo continúa monitorizando todas las variables de control de interés para determinar si cualquiera entra en una condición no permitida o fuera de los límites. En caso afirmativo, el aparato puede cambiar su control a la regulación de la variable fuera de los límites y puede incluir una lógica para establecer una jerarquía o prioridad de control para determinar qué variable tiene prioridad en términos de su selección para el control fuera de los límites. 40

En una forma de realización de ejemplo, la presente invención comprende un método de control de un sistema multivariable, como un sistema de energía alternativa, en el que el método comprende monitorizar una pluralidad de variables de control de interés en el sistema, seleccionar una de las variables de control para el control de regulación y regular la variable de control seleccionada con respecto a un punto de consigna deseado sin dejar de monitorizar las restantes variables de control, y conmutar selectivamente el 45 control de regulación sobre una de las restantes variables de control y regular esa variable de control con respecto a un punto de consigna deseado si se detecta que esa variable de control es superior a su valor permitido. Por ejemplo, un controlador multivariable puede regular uno de entre la tensión de batería, la corriente de batería, la corriente de pila de combustible, la tensión de bus de cc interna etc., y conmutar selectivamente de regular una de esas variables a otra en base a un modo de funcionamiento deseado y en 50 base a si alguna de ellas supera los límites operativos admisibles.

En una forma de realización, el método de ejemplo anterior o variaciones del mismo se implementan como instrucciones de un programa informático almacenadas en un medio legible por un ordenador para su ejecución mediante, por ejemplo, un procesador digital de señal (DSP) u otro

microprocesador o circuito de lógica. Como tal, la lógica de procesamiento de ejemplo asociada con la presente invención puede implementarse total o parcialmente en el dominio de procesamiento digital.

En otra forma de realización de ejemplo, la presente invención comprende un aparato de control del sistema de energía alternativa. El aparato de ejemplo comprende un convertidor bidireccional para acoplar una o más baterías a un bus de cc incluido dentro del aparato, un circuito de bloqueo inverso para acoplar una pila de combustible al bus de cc, un circuito convertidor de potencia para generar potencia de salida de ca a partir de la potencia de cc en el bus de cc, y un circuito de control multivariable configurado 5 para seleccionar una de un conjunto de variables de control para el control de regulación con respecto a un punto de consigna correspondiente deseado sin dejar de monitorizar las restantes variables de control. Un conjunto de variables de control de ejemplo comprende dos o más de entre una corriente de pila de combustible, una corriente de batería, una tensión de batería, y una tensión de bus de cc. Además, el circuito de control multivariable de ejemplo se configura para conmutar selectivamente el control de 10 regulación a otra de las variables de control y regular esa variable de control con respecto a un punto de consigna correspondiente deseado si se detecta que esa variable de control es superior a un valor permitido.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La Fig. 1 es un diagrama de un sistema de control multivariable de ejemplo configurado como un sistema de control de energía alternativa de acuerdo con la presente invención. 15

La Fig. 2 es un diagrama de un cargador de batería o convertidor bidireccional de ejemplo que puede implementarse en el sistema de la Fig. 1.

La Fig. 3 es un diagrama de un controlador de convertidor bidireccional de ejemplo que puede implementarse en el sistema de la Fig. 1.

La Fig. 4 es un diagrama de un circuito de control multivariable de ejemplo que puede 20 implementarse en el sistema de la Fig. 1.

La Fig. 5 es un diagrama de un limitador de magnitud/velocidad de punto de consigna de ejemplo que puede implementarse en el sistema de la Fig. 1.

La Fig. 6 es un diagrama de un relé de control triestado de ejemplo que puede implementarse en el sistema de la Fig. 1. 25

Las Figs. 7A y 7B son diagramas de un controlador de modo de ejemplo que puede implementarse en el sistema de la Fig. 1.

La Fig. 8 es un diagrama de lógica de control de modo de ejemplo asociada con el funcionamiento en modo Paralelo a la Red, en el que la regulación del convertidor de tensión de ejemplo se basa en la potencia de salida más que en la tensión. 30

La Fig. 9 es un diagrama de un regulador PID de ejemplo que puede implementarse en el sistema de la Fig. 1.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

La Fig. 1 ilustra un sistema de control multivariable 10 de ejemplo que se configura para el funcionamiento en un sistema de energía alternativa. El sistema 10 comprende un controlador multivariable 35 12, que comprende un "control de cc" 14 y un "control de ca" 16, junto con unos controles lógicos de mayor nivel, un bus de cc compartido (común) 18, un convertidor bidireccional 20, un circuito de bloqueo inverso 22, un convertidor de tensión 24, un circuito convertidor 26, y uno o más sensores 28 para soportar las operaciones de control del sistema 10. En su configuración de sistema de energía alternativa, el sistema 10 se asocia con una batería (o baterías) 30, una pila de combustible 32, una o más cargas auxiliares 34, un 40 medio de conexión a la red 36, y un controlador supervisor 40. El medio de conexión a la red 36 puede comprender unos contactores o similares. Además, aunque pueden comprender otros elementos o elementos adicionales, las cargas auxiliares 34 representan por lo general elementos que proporcionan soporte mecánico a la pila de combustible 32.

Debe entenderse que el sistema 10 puede asociarse con básicamente cualquier tipo de 45 dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica (EESD) en lugar de la batería 30. Por ejemplo, pueden utilizarse condensadores de almacenamiento de energía, u otros elementos de almacenamiento de energía (eléctrica, electroquímica, electromecánica, etc.) en lugar de la batería 30. Del mismo modo, el sistema 10 puede asociarse con básicamente cualquier tipo de dispositivo de generación de energía alternativa (AEGD) en lugar de la pila de combustible 32. Por ejemplo, pueden utilizarse células fotovoltaicas, microturbinas u 50

otro tipo de generador de cc, etc., en lugar de la pila de combustible 32. Por lo tanto, aunque se utilizan baterías y pilas de combustible por razones de simplicidad del análisis, la presente invención no se limita al uso de esos tipos concretos de EESDs y AEGDs. De esta manera, debe entenderse que sean cuales sean las tensiones y corrientes de batería mencionadas en la presente memoria, generalmente se sobreentiende que se refiere a corrientes y tensiones de EESD. La misma generalidad se aplica a tensiones/corrientes de 5 pila de combustible con respecto a la categoría más amplia de AEGDs.

En funcionamiento, el sistema 10 responde al control de modo global y a otras órdenes como la generada por el controlador supervisor 40. El controlador supervisor 40 puede acoplarse comunicativamente al sistema 10 a través de un bus de Red de Área de Controlador (CAN) por ejemplo, o mediante alguna otra red o interfaz de señalización. El convertidor de tensión 24 en el sistema 10 convierte la potencia de cc en el 10 bus de cc 18 en potencia de salida de ca que se proporciona a las cargas locales acopladas al medio de conexión a la red 36. Si el medio de conexión a la red 36 se acopla a una red de utilidad, como en un modo Paralelo a la Red, entonces parte o toda la potencia de salida de ca suministrada mediante el convertidor de tensión 24 puede inyectarse a la red, cuya práctica a menudo se denomina cogeneración.

La potencia de cc disponible en el bus de cc 18 puede ser proporcionada por la batería 30, por 15 la pila de combustible 32, o por una combinación de la batería 30 y la pila de combustible 32. Como se explicará mucho más detalladamente más adelante en la presente memoria, el controlador multivariable 12 se configura para controlar la cantidad de corriente suministrada al bus de cc 18 por el convertidor bidireccional 20 en base a la regulación de una variable de control seleccionada con respecto a un punto de consigna deseado para esa variable. De esta manera, como se ha configurado, el sistema 10 comprende un 20 sistema de energía alternativa asociado con fuentes de energía múltiples (p. ej. la batería 30 y la pila de combustible 32) y es necesario que sea capaz de regular más de una variable de control del sistema de energía. Ejemplos de tales variables de control incluyen dos o más de estos elementos: corriente de pila de combustible (IFC), corriente de batería (IBAT), tensión de batería (VBAT), y tensión de bus de cc (VBUS). Con la configuración ilustrada, el controlador 12 puede controlar el convertidor bidireccional 20 para controlar 25 cualquiera de las variables anteriormente mencionadas, aunque la variable de control concreta seleccionada para el control de regulación del punto de consigna viene determinada por lo menos en parte por la información del modo ordenado desde el controlador supervisor 40.

En términos más generales, la presente invención proporciona un método para monitorizar simultáneamente múltiples variables de sistema, y para seleccionar una de dichas múltiples variables para la 30 regulación. A continuación el control de ejemplo regula la variable seleccionada con respecto a un punto de consigna deseado, sin dejar de monitorizar las demás variables del sistema. Si cualquiera de las restantes variables del sistema supera una condición de funcionamiento máxima admisible, el control conmuta para regular esa nueva variable con respecto a su punto de consigna correspondiente deseado. Puede establecerse una prioridad del orden de control para decidir qué variable regular, si más de una variable 35 supera su condición de funcionamiento máxima admisible.

Con este enfoque de control multivariable, el sistema 10 puede configurarse para cargar la batería 30 (en el modo de regulación de tensión o regulación de corriente), regular la corriente de la pila de combustible 32, o regular la tensión de bus de cc del bus 18. En la mayoría de modos de funcionamiento, el convertidor bidireccional 20 actúa como dispositivo de regulación de potencia autónomo único para el 40 sistema 10, y puede ser controlado para lograr el control de regulación de la variable de control seleccionada. Es decir, en la mayoría de modos de funcionamiento, el único mando de control disponible para regular las variables del sistema de ejemplo es el convertidor bidireccional 20. El convertidor bidireccional 20 es controlado así de forma que suministre una cantidad establecida de corriente, IBi, al bus de cc 18, y la variable de control IBi se utiliza a su vez para regular las demás variables del sistema. 45

La Tabla 1 que se presenta a continuación describe los modos de control de ejemplo para el sistema 10. La Tabla 1 describe los modos de control principales del sistema de ejemplo 10, así como los valores de punto de consigna de las variables de control preferentes correspondientes a cada modo. Las transiciones entre los diferentes modos de control son dictadas principalmente mediante órdenes desde el controlador supervisor 40, pero también dependen en parte de determinadas decisiones automáticas hechas 50 por el sistema 10.

Tabla 1

Modo: VBUS_CMD IFC_CMD VBAT_CMD IBAT_CMD

“Offline” (Fuera de línea): - - - - Electrónica de Potencia inhabilitada

Reserva: VBUS máx 0 VBAT máx 0 IBi = IAUX

Inactivo: VBUS mín IFC* VBAT IBAT Cargar baterías como se ha ordenado, sujeto a los límites de IFC y VBUS

Autónomo: VBUS min IFC* VBAT* IBAT* Cargar baterías como se ha ordenado, sujeto a los límites de IFC y VBUS

En modo Paralelo a la Red: (inhabi-litado) (inhabi-litado) VBAT* IBAT* Cargar baterías como se ha ordenado (el convertidor regula IFC)

Como se describirá en mayor detalle más adelante, el sistema 10 compara continuamente cada una de las variables de control con su punto de consigna asignado. Como resultado de estas comparaciones, el sistema 10 determina si cada variable es prácticamente igual al punto de consigna (es decir, está dentro de un intervalo limitado alrededor del punto de consigna), o si la variable es alta o baja en 5 comparación con el punto de consigna. Para cada variable, una de las condiciones alta o baja representa un estado de funcionamiento admisible, mientras que la otra condición alta o baja representa un estado de funcionamiento no permitido. Si cualquiera de las variables entra en su estado no permitido, el método de control regula automáticamente esa variable para devolverla a su intervalo de funcionamiento permitido. Si más de una variable entra en un estado no permitido, el control selecciona una de las variables de control a 10 regular en base a un orden de prioridad predeterminado, es decir, una prioridad definida de regulación. Si todas las variables están dentro de sus intervalos de funcionamiento admisibles, el control elige una variable por defecto para regular, o continúa regulando cualquier variable seleccionada previamente para la regulación. De esta manera, el sistema 10 determina cuál de las múltiples variables de control sujetas a regulación necesita más atención, y regula esa variable según resulte necesario o apropiado. 15

La Tabla 2 que se presenta a continuación resume las definiciones de ejemplo de los estados de funcionamiento permitidos y no permitidos para las variables de control de interés en el contexto de la Fig. 1. Cada una de las variables se define como "dentro de banda" cuando está prácticamente en su punto de consigna asociado. Se permite que la tensión de bus de cc 18, VBUS, opere por encima de su punto de consigna correspondiente, pero no por debajo. Se permite que la corriente de pila de combustible, IFC, y la 20 tensión de batería, VBAT, operen por debajo de sus puntos de consigna respectivos, pero no por encima. Lo mismo puede decirse de la corriente de batería, IBAT, excepto porque el sentido de la corriente se invierte de manera que la IBAT positiva representa la descarga de la batería 30, y por lo tanto la IBAT es negativa durante la carga de la batería. En otras palabras, se permite que la corriente de carga de la batería (-IBAT) opere por debajo del punto de consigna, pero no por encima. 25

Tabla 2

Variable de control: Permitido ("LO") En el punto de consigna ("INBAND") No permitido ("HI")

VBUS: VBUS > VBUS VBUS = VBUS VBUS < VBUS*

IFC: IFC < IFC* IFC = IFC* IFC > IFC*

VBAT: VBAT < VBAT* VBAT = VBAT* VBAT > VBAT*

IBAT: (-IBAT)<(-IBAT*) (-IBAT)=(-IBAT*) (-IBAT)>(-IBAT*)

En un modo "Offline" (fuera de línea) de ejemplo, la pila de combustible 32 y las cargas auxiliares 34 son desexcitadas y la batería 30 proporciona la pequeña cantidad de energía necesaria para excitar el controlador 12. Las fuentes de alimentación dentro del sistema 10 generalmente están inhabilitadas 30 en este modo excepto para el suministro de energía asociado con la lógica de procesamiento como el

controlador 12. El sistema 10 funciona en el modo “Offline” (fuera de línea) antes del arranque y después de la parada.

En un modo de "Reserva" de ejemplo, las cargas auxiliares 34 son excitadas pero la pila de combustible 32 y el convertidor de tensión 24 permanecen desexcitados. La batería 30 proporciona la energía requerida por las cargas auxiliares 34 a través del funcionamiento del convertidor bidireccional 20, 5 que proporciona corriente a o toma corriente del bus de cc 18. El sistema 10 funciona en el modo de Reserva durante el arranque o la parada de la pila de combustible 32, o mientras la pila de combustible 32 está siendo purgada de gases. En el modo de Reserva, el convertidor bidireccional 20 regula la tensión de bus de cc (VBUS) a una tensión mayor que la tensión terminal de la pila de combustible de manera que el circuito de bloqueo inverso 22 bloquee el flujo de la corriente al bus de cc 18 desde la pila de combustible 32. De esta 10 manera, un circuito de bloqueo de ejemplo 22 incluye un diodo en serie que se polariza en sentido inverso cuando el VBUS se eleva por encima de la tensión terminal de la pila de combustible 32. Tal bloqueo evita la carga de la pila de combustible 32 al tiempo que impide que la corriente inversa fluya a la pila de combustible 32. Como se muestra en la Tabla 1, los demás puntos de consigna de las variables de control pueden establecerse a valores de punto de consigna extremos, para ayudar a garantizar que el sistema 10 continúe 15 regulando la VBUS y no intente regular cualquiera de las variables de control restantes.

En un modo "Inactivo" de ejemplo, la pila de combustible 32 se excita y proporciona energía a las cargas auxiliares 34, y recarga la batería 30 según resulte necesario. El convertidor de tensión 24 permanece desexcitado. El sistema 10 funciona en este modo justo antes de la activación de convertidor de tensión 24, o justo después de que el convertidor 24 se detiene. En el modo Inactivo, el convertidor 20 bidireccional 20 puede regular cualquiera de las variables de control según resulte necesario para satisfacer los requisitos establecidos por el controlador supervisor 40. El punto de consigna de la tensión de bus de cc se establece aproximadamente a la tensión admisible mínima de la pila de combustible 32, de manera que el sistema 10 sólo intente regular la VBUS en el caso extremo en el que se proporcione a la pila de combustible 32 un combustible inadecuado para soportar la demanda eléctrica. El punto de consigna de corriente de la 25 pila de combustible (IFC*) se establece al máximo nivel de corriente admisible establecido por el controlador supervisor 40. Los puntos de consigna de carga de batería (VBAT* y IBAT*) se establecen a los niveles de órdenes establecidos por el controlador supervisor 40. De esta manera, el sistema 10 satisface los requisitos de carga de la batería, a menos que VBUS o IFC superen sus respectivos límites admisibles.

En un modo "Autónomo" de ejemplo, el convertidor de tensión 24 se excita y proporciona 30 potencia de ca a las cargas locales acopladas al medio de conexión a la red 36. La pila de combustible 32 permanece excitada y proporciona potencia a las cargas locales (a través del convertidor 24) y a las cargas auxiliares 34. La pila de combustible 32 también recarga la batería 30 según resulte necesario. El sistema 10 funciona en modo Autónomo si la red de ca no está presente o si la frecuencia o tensión de la red es detectada como fuera de sus límites de funcionamiento normales. En tales casos, el convertidor de tensión 35 24 actúa como un regulador de tensión de salida de ca, y la energía obtenida en los terminales de entrada del convertidor desde el bus de cc 18 viene impuesta por las cargas de ca colocadas en el convertidor 24. Cualquier requisito de potencia de salida útil de ca a corto plazo que no pueda satisfacerse mediante la pila de combustible 32, como los requisitos de irrupción de carga de soporte o conmutación a cargas adicionales, es proporcionado por la batería 30. Excepto si el convertidor 24 está activo, el sistema 10 puede regular las 40 variables de control al igual que lo haría en el modo Inactivo de ejemplo.

En un modo Paralelo a la Red de ejemplo, la pila de combustible 32 y el convertidor 24 permanecen excitados. La salida de ca del convertidor se conecta en paralelo con la red de ca, de manera que los requisitos de potencia de salida útil sean proporcionados por la red o por el convertidor 24. Además es posible en este modo operar el convertidor 24 de manera que proporcione más potencia de la requerida 45 por las cargas locales, en cuyo caso se suministra (inyecta) potencia de ca neta en la red de ca. También es posible operar el convertidor 24 de manera que la potencia de la red se suministre a través del convertidor en sentido inverso, a través del convertidor bidireccional a las baterías, o a través del convertidor Buck (o reductor) a las cargas auxiliares. Paralelo a la Red representa el modo en el que el sistema 10 funcionará normalmente cuando esté completamente en marcha, y cuando la red de ca esté presente y en 50 funcionamiento dentro de los límites normales. La pila de combustible 32 proporciona potencia al convertidor 24 y a las cargas auxiliares 34 según resulte necesario, y recarga la batería 30 según resulte necesario. El control de la corriente de la pila de combustible 32, IFC, y potencialmente también el control de VBUS, se lleva a cabo mediante las funciones de regulación de potencia del convertidor. De esta manera, se inhabilita el sistema de control de cc de IFC y VBUS, como se indica en la Tabla 1. Los puntos de consigna de la batería 55 (IBAT y VBAT) todavía se establecen a los niveles de órdenes establecidos por el controlador supervisor 40, proporcionando los requisitos de carga de la batería independientemente del funcionamiento del convertidor.

En cualquiera de los modos que permiten la carga de la batería (Inactivo, Autónomo o Paralelo a la Red), es posible además inhabilitar la función de carga de la batería bajo control del controlador

supervisor 40. En tales casos, se inhabilitan los modos de regulación IBAT y VBAT, y el sistema 10 regula sólo IFC o VBUS según lo establecido por las reglas de arbitraje de control asociadas con esas variables, es decir, de acuerdo con las prioridades de control definidas. En los modos Inactivo y Autónomo, tal funcionamiento tiene como resultado que el convertidor bidireccional 20 permanezca inactivo a menos que los requisitos de carga de cc de las cargas auxiliares 34 y/o el convertidor 24 excedan la capacidad de suministro a corto plazo de la pila de combustible 32. En ese caso, el sistema 10 regula IFC o VBUS para proporcionar el requisito de exceso de carga de la batería 30. En el modo Paralelo a la Red, los modos de regulación IFC y VBUS ya están inhabilitados, de manera que inhabilitar la carga de la batería inhabilita de hecho el convertidor bidireccional 20.

Con respecto a la carga de la batería, el sistema 10 proporciona la operación de carga de la batería en un modo de carga de corriente constante o un modo de carga de tensión constante. El controlador supervisor 40 puede proporcionar los puntos de consigna de regulación al sistema 10 y puede actualizarlos según se desee o resulte necesario, o el sistema 10 puede configurarse para almacenar uno o más valores de punto de consigna correspondientes a puntos de consigna de regulación por defecto, por ejemplo. Cuando 5 se habilita la carga (se confirma la CARGA), el sistema de control intentará regular IBAT con respecto al punto de consigna IBAT* como variable de regulación por defecto, a menos que la tensión de batería VBAT supere el punto de consigna VBAT*. En ese caso, el sistema 10 conmuta automáticamente el control de regulación de IBAT a VBAT.

Asimismo, al regular la tensión de batería, la variable de control VBAT se regula con respecto al 10 punto de consigna de VBAT*, a menos que la corriente de batería IBAT supere el punto de consigna de IBAT*, en cuyo caso el sistema 10 conmuta automáticamente el control de regulación de VBAT a IBAT. En otras palabras, el sistema 10 regula una u otra de las variables de la batería (VBAT o IBAT) pero sigue monitorizando la otra variable para garantizar que no se sobrepasen los límites de corriente de carga de la batería, proporcionando así una función de limitación de la corriente y una limitación de la tensión de carga de la 15 batería intrínseca.

El convertidor bidireccional 20, en parte, posibilita dicho control. La Fig. 2 ilustra una forma de realización de ejemplo del convertidor bidireccional 20. Como se ilustra, el convertidor bidireccional 20 comprende un circuito reactivo conmutado que acopla la batería 30 al bus de cc 18 e incluye unos controladores de puerta 50-1 y 50-2, un inductor 52, unos condensadores 54 y 56, unos diodos 58 y 60, y 20 unos transistores 62 y 64. Adviértase que los transistores 62 y 64 se representan como transistores de unión bipolar (BJTs), pero los expertos en la materia entenderán que pueden utilizarse otros tipos de transistores (MOSFETs, IGBTs, etc.).

Así configurado, el convertidor 20 comprende un polo de potencia único y un filtro capacitivo conectados a los correspondientes terminales de conexión de la batería del sistema 10, con el punto central 25 del polo de potencia conectado al inductor 52 que actúa como inductor de filtro. El otro extremo del inductor 52 se conecta al bus de cc 18. Los transistores 62 y 64 que comprenden el polo de potencia se conmutan en tándem (es decir, cuando un transistor se conecta, el otro se desconecta, y viceversa). El polo de potencia se conmuta a una frecuencia de portadora fija, siendo variado el ciclo de servicio por el controlador 12 para lograr el control del convertidor bidireccional 20. Si el ciclo de servicio, D, se define con respecto al tiempo de 30 encendido (ton) del transistor superior (transistor 62), a continuación la tensión, VBi, en la toma central del polo de potencia (suponiendo una conducción continua de la corriente del inductor) viene determinada por:

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El controlador 12 puede ajustar esta tensión según resulte necesario variando el ciclo de servicio del convertidor bidireccional 20 para establecer el nivel deseado de corriente a través del inductor de filtro 52, para cargar o descargar la batería 30. Hay que reseñar que durante la carga de la batería 30, el 40 transistor inferior 64 y el diodo superior 58 están activos, formando de hecho un convertidor Boost estándar que suministra potencia a la batería 30. Durante la descarga, el transistor superior 62 y el diodo inferior 60 están activos, formando de hecho un convertidor Buck (o reductor) estándar que suministra potencia al bus de cc. De esta manera, variando el ciclo de servicio de su funcionamiento, el controlador 12 puede controlar una cantidad de corriente suministrada al bus de cc 18 a través del convertidor bidireccional 20. Adviértase 45 que tal funcionamiento permite adicionalmente el control de la tensión de bus de cc, VBUS. El inductor de filtro

52 ayuda a suministrar potencia al (o retirar potencia del) bus de cc 18, y sirve adicionalmente para suavizar la corriente IBi que fluye hacia o desde el bus de cc 18 a través del convertidor bidireccional 20.

Dicho de manera simple, la lógica de control del controlador 12 puede configurarse para variar la tensión VBi que aparece en la toma central del polo de potencia variando el ciclo de servicio de la señal de conmutación aplicada al convertidor bidireccional 20, que a su vez determina la velocidad de cambio IBi al (o 5 fuera del) bus de cc 18. Este control sobre IBi da al control de cc 14 un único mando de control con el que puede influir en la regulación de cualquiera de las variables de interés. Por ejemplo, si se está regulando la corriente de la pila de combustible IFC y se desea aumentar IFC, el control de cc 14 puede disminuir la IBi que desemboca en el bus de cc 18 disminuyendo temporalmente la tensión VBi. Estas operaciones se explican en mayor detalle más adelante pero, en esencia, el convertidor bidireccional 20 actúa como una "válvula de 10 potencia" que controla la entrada y salida del flujo de potencia del bus de cc 18. Los expertos en la materia entenderán que pueden utilizarse otros tipos de circuitos para cumplir el mismo papel funcional y que la presente invención no se limita al circuito convertidor concreto ilustrado.

La Fig. 3 ilustra un circuito de control del convertidor de ejemplo 70 para controlar el convertidor bidireccional 20, que puede implementarse en el controlador 12. El circuito de control del 15 convertidor 70 comprende funcionalmente un primer sumador 72, una etapa de ganancia 74, un segundo sumador 76, un circuito de multiplicación/división 78, y un limitador 80. El circuito de control del convertidor 70 recibe como entrada una medición de la corriente del convertidor bidireccional, IBi y su correspondiente valor de punto de consigna, IBi* y recibe adicionalmente la tensión de bus de cc, VBUS, y la tensión de batería, VBAT.

En funcionamiento, el circuito de control del convertidor 70 determina el ciclo de servicio a 20 aplicar a los controladores de puerta 50 del convertidor bidireccional 20 en base a un valor deseado de corriente del convertidor bidireccional como se indica mediante el valor del punto de consigna IBi*. El circuito 70 implementa un método de control aperiódico modificado que intenta controlar la tensión aplicada por el inductor de filtro 52 a fin de alcanzar un nivel de corriente ordenado en el menor tiempo posible. El control opera en tiempo discreto, y calcula en cada paso temporal la tensión que se necesita aplicar a través del 25 inductor 52 para lograr la corriente deseada en el siguiente paso temporal.

Idealmente, el control de corriente del inductor opera de acuerdo con la siguiente ley de control, que aplica una tensión de inductor VL suficiente para cambiar la corriente de inductor existente IBi a la corriente de inductor deseada IBi* en un paso temporal tiempo Δt:

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La tensión de convertidor bidireccional requerida para aplicar la tensión de inductor deseada es entonces:

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donde K = L/Δt. El ciclo de servicio del convertidor bidireccional D que aplicará la tensión de inductor deseada es por lo tanto:

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imagen1

La Eq. (28) representa la ley de control implementada en el circuito de control 70 de la Fig. 3. Además, el ciclo de servicio D puede limitarse de manera que no puedan ser ordenados valores inferiores a 0 o superiores a 1, incluso si la ley de control requiere dichos valores. En la práctica, el valor real de la ganancia de control K debería elegirse para ser inferior al valor ideal, a fin de garantizar la estabilidad del lazo de control. Se ha descubierto que el valor K = 0,33·(L/Δt) proporciona un equilibrio adecuado entre la 45 estabilidad y la velocidad de respuesta. El convertidor bidireccional 20 puede así operarse como un regulador de corriente para proporcionar un lazo interno rápido y estable que proporcione el bloque de construcción necesario para los lazos de control exteriores utilizados por el controlador multivariable 12 para regular las múltiples variables de control de interés del sistema 10.

En la Fig. 4 aparece una forma de realización de ejemplo de una parte de la lógica de control 50 implementada en el controlador multivariable 12. Más concretamente, la Fig. 4 ilustra un controlador de modo

90 que proporciona un control del modo de regulación en base a la monitorización de las variables de control de interés y la recepción de los correspondientes puntos de consigna deseados para esas variables. Como se ilustra, el controlador de modo 90 comprende una máquina de estado de arbitraje de modos 92, un regulador proporcional-integral-derivativo (PID) 94, y diversos elementos de lógica de soporte, que incluyen uno “relés” triestado 96-1 a 96-4, unos limitadores de punto de consigna 98-1 y 98-2, unos filtros pasa baja 5 (LPFs) 100-1 a 100-4, unos limitadores 102-1 y 102-2, y unos sumadores 104-1 y 104-2.

En la forma de realización ilustrada, en primer lugar se delimitan cada uno de los cuatro puntos de consigna de las variables de control, o se limitan en valor, para garantizar que no se ordenan valores de punto de consigna fuera de los límites. De esta manera, cada valor ordenado VBUS*, IFC*, VBAT*, y IBAT* se introduce a cada uno de los limitadores de punto de consigna respectivos 98-1 ó 98-2, o a uno de los 10 limitadores respectivos 102-1 ó 102-2. Limitando la velocidad de las entradas de puntos de consigna, el controlador 12 evita que un cambio de órdenes demasiado rápido haga que se rebasen las variables de control asociadas. Además de causar desviaciones temporales más allá de los límites de control admisibles, el rebasamiento tiene el potencial de crear un tipo de funcionamiento de "ciclo límite", donde el control efectúa cíclicamente una transición entre dos o más modos de control, en lugar de elegir un modo de control 15 y permanecer en él, según se desee. Tal limitación de velocidad es beneficiosa especialmente para el punto de consigna de VBUS, VBUS*, donde la limitación de velocidad evita corrientes de carga de bus de cc grandes que de lo contrario se derivarían de intentar mover la tensión de bus de cc, VBUS, demasiado rápidamente.

Después de limitar la velocidad y la magnitud del punto de consigna, se genera una señal de error para cada variable de control de interés restando el punto de consigna correspondiente de la variable de 20 control asociada, o viceversa. En una forma de realización de ejemplo, la polaridad de cada señal de error se elige de manera que un valor positivo indique una desviación a un estado de funcionamiento no permitido para esa variable. Por ejemplo, un valor de VBUS por debajo del valor de punto de consigna mínimo debe corregirse, y esta situación genera una señal de error positiva. De manera similar, un valor de IFC por encima del nivel de punto de consigna correspondiente (IFC*) debe corregirse, y esa situación genera así una señal 25 de error positiva para la variable de control IFC.

Estas diversas señales de error de las variables de control se utilizan posteriormente de dos maneras. En primer lugar, se utilizan para determinar si cada una de las variables de control se encuentra prácticamente en su punto de consigna asociado, se encuentra dentro de su intervalo de funcionando admisible, o se encuentra en su intervalo de funcionamiento no permitido. En segundo lugar, se utilizan 30 selectivamente como entradas al regulador PID 94, que actúa para aumentar la corriente del convertidor bidireccional, IBi, en respuesta a un error positivo para la variable de control que se está regulando, y para disminuir la corriente del convertidor bidireccional en respuesta a un error negativo para esa variable de control.

La Fig. 5 ilustra un limitador de magnitud/velocidad combinado de ejemplo y una estructura de 35 cálculo de error que puede implementarse en los limitadores de punto de consigna 98 y que implementa las funciones justo anteriormente indicadas. Como se ilustra, la estructura de ejemplo comprende unos limitadores 110 y 112, unos sumadores 114, 116, y 118, y un elemento de retardo 119.

Volviendo a la Fig. 4, las señales de error así generadas para las variables de control son a continuación filtradas por un filtro pasa baja. El filtrado pasa baja de las variables de control elimina 40 prácticamente cualquier componente de ondulación al doble de frecuencia de la red que pudiera aparecer en las señales de medición de la variable de control proporcionada al control. En una forma de realización de ejemplo, los filtros 100-1 a 100-4 pueden implementarse como filtros de media móvil (igual coeficiente FIR) con una longitud igual a la mitad del período de la red, para optimizar el doble rechazo de frecuencia de la red. El filtrado pasa baja también ralentiza la respuesta de la lógica de arbitraje del modo del sistema a 45 cambios de los estados de control, ayudando a evitar la aparición de los ciclos límite anteriormente mencionados.

Cada una de las señales de error filtradas se pasa a uno de los relés de control de estado correspondiente 96. La Fig. 6 representa una forma de realización de ejemplo para cada uno de los relés 96. Funcionalmente, cada relé 96-x (donde "x" indica uno de los relés 96 dado) comprende un circuito de valor 50 absoluto 120, un comparador en base a la histéresis 122, unos detectores de signos 124 y 126, y unas puertas de lógica de salida (NOR) 128 y 130. Con esta configuración, cada relé 96-x examina su señal de entrada de error para determinar si el error se encuentra dentro de una banda de tolerancia predeterminada alrededor de un error cero y, en caso afirmativo, activa la señal INBAND. Si la señal de error no se encuentra dentro de la banda de tolerancia, entonces se activa la señal LO o la HI, dependiendo del signo de la señal 55 de error. Como se ha indicado anteriormente en la explicación del sentido del signo de la señal de error, la señal LO indica que el error se encuentra dentro del intervalo admisible, mientras que la señal HI indica que

el error se encuentra dentro del intervalo no permitido, es decir, que la variable de control correspondiente ha superado un intervalo admisible.

Para minimizar la posibilidad de "vibración" del relé la comparación INBAND se lleva a cabo mediante histéresis, donde la banda de tolerancia para entrar a la región INBAND es más estrecha que la banda de tolerancia para abandonar la región INBAND. Las configuraciones de la banda de tolerancia para 5 entrar y salir de la región INBAND pueden seleccionarse individualmente para que cada relé 96-x complemente las características de la señal de error de la variable de control concreta que está siendo manejada por ese relé 96-x.

Las salidas INBAND y LO/HI de los relés 96 se alimentan a la máquina de estado 92. La máquina de estado 92 también recibe una indicación del modo de carga de la batería (Carga Habilitada o 10 Carga Inhabilitada) desde el controlador supervisor 40, y una indicación de si el convertidor 24 está funcionando en modo Paralelo a la Red o Autónomo. A su vez, la máquina de estado 92 genera dos valores de salida: una señal MODE y un indicador de señal RESET. La señal MODE controla el modo de regulación del sistema 10, es decir, controla cuál de las múltiples variables de control de interés se selecciona para el control de regulación contra su punto de consigna correspondiente. El indicador de señal RESET inhabilita el 15 convertidor bidireccional 20 cuando no se desea ninguna regulación.

Las Figs. 7A y 7B representan la lógica de ejemplo para la implementación de la máquina de estado 92. De acuerdo con esa lógica, cuando se arranca la máquina de estado 92 comienza el funcionamiento con la señal MODE que se establece a un valor indicativo del modo "Sin Control". En cada instante de muestreo posterior, la lógica de selección de modo dentro de la máquina de estado 92 determina 20 si las condiciones garantizan conmutar a un modo de control diferente y, en caso afirmativo, actualiza el valor de la señal MODE para indicar el modo de control cambiado. A continuación, con esta configuración puede hacerse que el regulador PID 94 regule cualquiera de la pluralidad de variables de control de interés en el sistema 10. Cada variable de control, p. ej., IFC, IBAT, VBAT, VBUS, tiene su propio lazo de control (limitadores/filtros, circuitos de generación de señal de error) que pueden cerrarse selectivamente a través del 25 regulador PID 94 en base a la señal MODE de la máquina de estado 92. De esta manera, el mismo regulador PID 94 es común a todos los lazos de control pero puede reconfigurarse dinámicamente (ganancias, etc.) en basa a la variable de control concreta seleccionada para la regulación.

Con respecto a la selección de una de las variables de control concreta para el control de regulación, o al cambio de regular una de las variables de control seleccionadas actualmente a regular una 30 de las variables de control restantes recién seleccionada, la lógica descrita más adelante representa una implementación de ejemplo de la máquina de estado 92. En primer lugar, si el sistema 10 se encuentra en el modo de Carga Habilitada, el sistema 10 funciona de acuerdo con la siguiente lógica:

- cualquier señal de error "HI" se regula con la siguiente prioridad: VBUS, a continuación IFC, a continuación VBAT, a continuación IBAT; 35

- si ninguna señal de error es "HI", y no todas las señales de error son "LO", mantener el último modo; y

- si las cuatro señales de error son "LO", elegir por defecto la regulación de IBAT.

Si el sistema 10 se encuentra en el modo de Carga Inhabilitada, funciona de acuerdo con la siguiente lógica: 40

- ignorar las señales de error VBAT y IBAT;

- cualquier señal de error "HI" se regula con la siguiente prioridad: VBUS, a continuación IFC;

- si ninguna señal de error (excepto VBAT o IBAT) es "HI", y no todas las señales de error (excepto VBAT o IBAT) son "LO", a continuación mantener el último modo; y - si ambas señales de error (excluyendo VBAT y IBAT) son "LO", elegir por defecto sin regulación (desconectar el convertidor bidireccional 45 20).

Además de las reglas de selección de modo anteriormente indicadas, si el sistema 10 entra en el modo Paralelo a la Red, opera de acuerdo con la siguiente lógica:

- si el sistema ya está en regulación VBUS o en regulación IFC, revertir al modo de regulación por defecto (regulación IBAT o sin regulación) de acuerdo con el modo de carga de batería como se ha indicado 50 anteriormente; y

- no permitir que el sistema entre en la regulación de VBUS o en los modos de regulación de IFC, incluso si es indicado por las reglas anteriormente indicadas.

La Fig. 7B ilustra una lógica de ejemplo configurada para llevar a cabo las reglas anteriores. La lógica ilustrada puede configurarse para generar una señal MODE sensible a entradas desde el circuito de la Fig. 7A, donde la señal MODE tiene diferentes valores que representan diferentes modos (p. ej., "1" = modo 5 regulación de VBUS, "2" = modo regulación de IFC, "3" = modo regulación de VBAT, "4" = modo regulación de IBAT, y "5" = modo No_CNTRL). Utilizando la señal MODE, la lógica de la Fig. 7B implementa las reglas de regulación anteriores evaluando si MODE es actualmente "2" o menos (es decir, MODE es igual a VBUS o IFC), y si se confirma la señal GRID_PAR, que indica que el convertidor de tensión 24 está funcionando en modo Paralelo a la Red. Si se cumplen ambas condiciones, se genera una señal de "BAILOUT", que se alimenta a 10 los circuitos de lógica de la Fig. 7A para revertir el control de regulación a la variable por defecto. En una forma de realización de ejemplo, la variable por defecto es IBAT para el modo de carga y No_CNTRL para el modo de no carga.

Asimismo, si el sistema 10 entra en el modo de Carga Inhabilitada, funciona de acuerdo con la siguiente lógica: 15

- si el sistema ya está en regulación de VBAT o regulación de IBAT, revertir al modo por defecto (sin regulación); y

- no permitir que el sistema entre en los modos de regulación de IBAT o regulación de VBAT, incluso si es indicado por las reglas anteriormente indicadas.

La Fig. 7B ilustra la lógica de ejemplo configurada para llevar a cabo las reglas anteriormente 20 indicadas. Utilizando la señal MODE, la lógica de la Fig. 7B implementa las reglas de regulación anteriormente indicadas evaluando si MODE es igual actualmente a "3" ó "4" (es decir, MODE equivale a VBAT o IBAT), y si se confirma la señal CHARGE. Si MODE actual es la regulación de VBAT o de IBAT y CHARGE no se confirma, se confirma la señal BAILOUT, revirtiendo el control de regulación a la variable por defecto, que puede ser No_CNTRL. Con la regulación No_CNTRL, el control de cc 14 evita hacer funcionar el 25 convertidor bidireccional 20, de manera que la batería 30 no se cargue. Adviértase que el control multivariable 12 puede establecer VBUS* a un valor de orden mínimo y establecer IFC* a un límite superior aplicable y, a continuación, si no se encuentra en el modo Paralelo a la Red, reactivar el convertidor bidireccional 20 si se alcanza cualquiera de los dos límites.

El orden de prioridad de regulación implementado en las reglas de lógica anteriormente 30 indicadas impuesto por la máquina de estado 92 representa un enfoque considerado y de ejemplo a los innumerables retos en la gestión del sistema 10 de acuerdo con una serie de limitaciones físicas. Por ejemplo, hacer funcionar la pila de combustible 32 por debajo de su tensión mínima permitida puede conducir a daños físicos, y por lo tanto VBUS siempre es la variable de control que tiene la prioridad más alta en términos de control de regulación. Además, debido a la relación inversa entre la corriente y la tensión de la 35 pila de combustible, limitar la disminución de la tensión de la pila de combustible también limita el aumento de la corriente de pila de combustible. Por lo tanto, si la tensión de la pila de combustible disminuye demasiado al mismo tiempo que la corriente de la pila de combustible aumenta demasiado, regular VBUS tenderá a llevar ambas variables más cerca a sus respectivos puntos de consigna. Si, después de regular VBUS, IFC permanece demasiado elevada, el controlador 12 conmutará a regulación de IFC, lo que moverá VBUS 40 adicionalmente a su intervalo de funcionamiento admisible. Existen relaciones similares entre cada una de las variables de control que se reflejan en el orden de prioridad de regulación elegido.

De manera similar, las variables de regulación por defecto son elegidas para proporcionar la mayor probabilidad de una respuesta del sistema favorable cuando todas las variables de control están dentro de sus intervalos admisibles. Por ejemplo, si el sistema está en el modo de Carga Habilitada y todas 45 las variables de control están en el intervalo LO, el control elige por defecto la regulación IBAT. Esto aumentará el nivel de -IBAT, lo que tenderá a elevar el nivel de -IBi (es decir, se suministrará más corriente a la batería 30, y se obtendrá más corriente del bus de cc 18 a través del convertidor bidireccional 20). Esto a su vez tiende a elevar el nivel de IFC y reducir el nivel de VBUS. Todas estas acciones moverán el conjunto de variables de control más cercano a sus respectivos puntos de consigna. Esta tendencia continúa hasta que 50 (1) IBAT alcanza su punto de consigna, o (2) una de las demás variables se mueve fuera de su intervalo de funcionamiento admisible. En este último caso, el controlador 12 conmutará el control de regulación a la variable de control que está fuera de su intervalo permitido.

Las reglas de selección de modo especiales relacionadas con el modo Paralelo a la Red son necesarias para evitar que el control de cc 14 entre en conflicto con el control de ca 16. En el funcionamiento 55 Autónomo, el convertidor 24 actúa sólo como un regulador de tensión, y el flujo de potencia a través de convertidor 24 viene determinado principalmente por los requisitos de carga de ca. En ese caso, toda la

regulación de cc debe ser proporcionada por el control de cc 14. En el funcionamiento en modo Paralelo a la Red, el convertidor 24 controla el flujo de potencia del bus de cc 18 a la red de ca. Esto requiere la existencia dentro del control de ca 16 de circuitos de control adicionales similares a los circuitos de control multivariable representados en la Fig. 4.

La Fig. 8 muestra unos circuitos de ejemplo 140 que pueden implementarse como parte del 5 control de ca 16 para proporcionar la funcionalidad de control deseada para el modo Paralelo a la Red. En este caso, el control de ca 16 es responsable de la regulación de la corriente de la pila de combustible 32 y/o la tensión de bus de cc, y el control de cc 14 es responsable de manera independiente de la regulación de la carga de la batería (VBAT o IBAT). Más concretamente, los expertos en la materia entenderán que el convertidor 24 - a menos que incluya circuitos de rectificación que eviten un flujo de potencia inversa - puede 10 utilizar potencia de cc de entrada para suministrar potencia de ca a la red o, en la dirección inversa, utilizar potencia de la red de ca para suministrar potencia de cc de salida al bus de cc 18. Es decir, el convertidor 24 puede poner corriente de cc derivada de la red de ca en el bus de cc 18 y, debido a ello, el control de ca 16 puede utilizar el convertidor de tensión como un mando de control "común" para regular VBUS e IFC, de la misma manera que el convertidor bidireccional 20 proporciona un mando de control común al control de cc 15 14. De esta manera, en el funcionamiento en modo Paralelo a la Red de ejemplo, el control de cc 14 proporciona control de regulación para VBAT e IBAT (dependiendo del estado de la señal CHARGE conforme a lo dispuesto por el controlador supervisor 40), y el control de ca 16 proporciona control de regulación para VBUS e IFC. Esa capacidad de control de regulación permite al sistema 10 utilizar potencia de cc de la red de ca para alimentar las cargas auxiliares 34, cargar la batería 30, etc. 20

Volviendo a la Fig. 4, la máquina de estado 92 no responde a las variables VBUS e IFC cuando se confirma la señal GRID_PAR, y por lo tanto permite el funcionamiento de regulación simultáneo de la máquina de estado 142. (Adviértase que la lógica de control de procesamiento adicional en el controlador 12 puede configurarse para generar la señal GRID_PAR en base a, por ejemplo, verificar que la red de ca está funcionando dentro de parámetros normales y ese convertidor de tensión 24 se conecta a y se sincroniza 25 correctamente con la red). Por lo tanto, en el funcionamiento en modo Paralelo a la Red es posible regular simultáneamente dos de las variables del sistema al mismo tiempo. A partir de la Fig. 8, se ve que el circuito 140 incluye una máquina de estado de modo de arbitraje 142, que puede configurarse de manera similar a la máquina de estado 92, un regulador PID 144, y diversos elementos de lógica de soporte, que incluyen unos relés triestado 96-5 y 96-6, unos limitadores de punto de consigna 98-3 y 98-4, y unos LPFs 100-5 y 100-6. 30

Con las reglas anteriormente indicadas en mente, y con el funcionamiento de la máquina de estado 92 así explicado, la Tabla 3 que se incluye a continuación ilustra una lógica combinatoria de ejemplo asociada con la determinación del modo de regulación, es decir, con la selección de variables de control de regulación. El bloque de lógica combinatoria mostrado en la Fig. 7B opera de tal manera que si cualquiera de las señales de cambio del estado de control en su entrada se vuelve activa, el modo de regulación conmuta 35 al estado indicado por esa señal. Los expertos en la materia entenderán que tal lógica puede implementarse de acuerdo con diversas configuraciones según se desee o resulte necesario. Sin embargo, la Tabla 3 a continuación describe el funcionamiento de ejemplo de tal lógica, en la que los diversos modos de control han sido enumerados mediante valores enteros 1-5.

Tabla 3

VBUS_CNTRL: IFC_CNTRL VBAT_CNTRL IBAT_CNTRL No_CNTRL Next_Mode

0
0
0
0
0
0: Mantener Último Estado

0
0
0
0: 1 5 Modo “Sin Control”

0
0
0: 1 0 4 Modo Control IBAT

0
0: 1 0 0 3 Modo Control VBAT

0: 1 0 0 0 2 Modo

Control IFC

1: 0 0 0 0 1 Modo Control VBUS

Más de una señal de cambio de estado = 1: 0 (Ilegal)

El valor Next_Mode determina qué modo se seleccionará en el siguiente paso temporal, en base a los valores de señal en el presente paso temporal. Si no hay ninguna señal de cambio de estado de control activa, entonces el valor Next_Mode es cero, y el control permanece en el modo de regulación anterior ("Mantener Último Estado"). Se impide que más de una señal de cambio del estado de control en un 5 momento dado esté activa mediante la naturaleza mutuamente excluyente de la lógica de selección de modo. En cualquier caso, si más de una señal de cambio del estado de control se volviese activa al mismo tiempo, el control respondería permaneciendo en el último estado válido.

Hay que reseñar que cada uno de los puntos de consigna de control representa un límite unilateral en la variable de control asociada. Para algunas de las variables de control, el límite opuesto es 10 intrínseco en la construcción física del sistema. En otros casos, deben llevarse a cabo comprobaciones de sistema adicionales a fin de proporcionar artificialmente el límite contrario y para evitar que el sistema supere sus límites de funcionamiento. Esta situación se ilustra en la Tabla 4 a continuación.

Tabla 4.

Variable de Control: Límite Inferior Límite Superior

VBUS: VBUS* Disparo por Sobretensión de Bus

IFC: 0 (limitado por el diodo de bloqueo) IFC*

VBAT: 0 (limitado por el Bi-Convertidor) VBAT*

IBAT: IBAT* Disparo por Sobretensión de batería

Por ejemplo, el punto de consigna de la corriente de la pila de combustible (IFC*) representa un 15 límite superior, mientras que el límite inferior correspondiente (IFC = 0) es proporcionado intrínsecamente por el diodo de bloqueo en serie con la pila de combustible 32, es decir, el circuito de bloqueo/filtrado inverso 22 evita que la corriente inversa entre a la pila de combustible 32 si la tensión de bus de cc se eleva por encima de la tensión de la pila de combustible. Como otro ejemplo, el punto de consigna de tensión de bus de cc (VBUS*) representa un límite inferior; no existe ningún límite superior físico en el sistema, y por lo tanto se 20 proporciona una función de disparo de Sobretensión de Bus para proteger el sistema contra daños accidentales. En la práctica, sólo se encontraría este límite superior en el caso extremo en el que el controlador supervisor 40 proporcionase un conjunto incongruente de puntos de consigna de control. Tanto las condiciones de disparo mostradas en la tabla (Sobretensión de Bus y Sobretensión de Batería) tienen como resultado que el sistema 10 revierta automáticamente al modo “Offline” (fuera de línea). 25

Volviendo nuevamente a la Fig. 4, se ve que las señales MODE y RESET generadas por la máquina de estado 92 y las señales de error calculadas anteriormente se pasan al regulador PID 94. Como se ha señalado, el regulador PID 94 controla el valor de corriente del convertidor bidireccional, IBi, para regular la variable de control seleccionada con respecto a su punto de consigna correspondiente. Una forma de realización de ejemplo del regulador PID 94 se ilustra en la Fig. 9. 30

El regulador PID 94 ilustrado comprende una pluralidad de bloques de circuitos de ganancia 150-1 a 150-3. Estos circuitos de ganancia proporcionan un término de ganancia proporcional, derivativa, e integral apropiado para cada una de las variables de control de interés. De esta manera, la conmutación de los circuitos 152-1 a 152-3 proporciona un aparato mediante el cual los términos de ganancia apropiados para la variable de control actualmente seleccionada, es decir, la variable de control que se regula a través 35 del regulador PID 94, se conmutan selectivamente de acuerdo con el valor de la señal MODE proporcionada

por la máquina de estado 92. El regulador PID 94 comprende una variedad de circuitos de soporte adicionales, que incluyen un circuito de ganancia 153, un diferenciador 154, un integrador reseteable 156, unos comparadores y unas puertas lógicas 158, 160, y 162, un sumador 164, unas constantes de límite 166 y 168, una puerta de retardo 170, un sumador 172, un limitador 174, y un conmutador 178. Adviértase que el conmutador 178 proporciona selectivamente el IBi* al circuito controlador del convertidor 70 como una señal 5 de "cero", o como la señal de regulación calculada mediante PID, dependiendo del estado de la señal RESET.

El valor de salida del regulador PID es limitado por el limitador 174 para evitar que la orden de control de corriente para el convertidor bidireccional 20 supere los valores razonables. El regulador PID 94 también se proporciona con una protección “anti-windup”, para evitar que el integrador continúe integrando 10 cuando el valor de salida del regulador se satura. También se prevé añadir una señal de control “feedforward" opcional (véase la conmutación 152-4, que proporciona opcionalmente un término “feedforward” de IFC para el sumador 172).

Debido a que el regulador PID 94 se utiliza de forma selectiva para regular las diferentes variables de control, uno o más de sus parámetros de funcionamiento pueden variarse o bien actualizarse 15 para adaptar su operación de control para las características concretas de la variable de control regulada actualmente por el sistema 10. En una forma de realización de ejemplo, el regulador PID 94 incluye una memoria para almacenar uno o más parámetros específicos de variable, como los términos de ganancia proporcional, integral, y derivativa que deben utilizarse en bloques de ganancia 150. De manera alternativa, otro elemento o circuito dentro del sistema 10 puede almacenar tales parámetros (o recibirlos desde el 20 controlador supervisor 40), y proporcionar los términos adecuados al regulador PID 94.

En una forma de realización de ejemplo, la señal MODE de máquina de estado 92 selecciona un conjunto apropiado de ganancias (proporcional, derivativa, e integral) para ser utilizado por el regulador 94, de acuerdo con la variable que se desea regular. La señal MODE determina adicionalmente cuál de las variables de control del sistema de interés (p. ej., VBUS, IFC, VBAT o IBAT) se regula. En el caso del modo "Sin 25 Control" (MODE = 5), se alimenta un valor de cero a cada uno de los términos del regulador. Si se confirma el indicador de señal RESET, el estado integral se resetea a cero, y el regulador 94 es forzado a sacar un valor de cero para la orden IBi* proporcionada al circuito de control del convertidor 70.

El funcionamiento del circuito de control del convertidor 70 se explicó junto con la Fig. 3. Sin embargo, hay que reseñar que uno de los beneficios de compartir el mismo regulador PID 94 entre todas las 30 variables de control de interés es que la señal de control IBi* utilizada para establecer el ciclo de servicio del convertidor bidireccional 20 a través del circuito de control del convertidor 70 es continua durante el modo de conmutación, lo que tiene por resultado unas transiciones sin interrupciones entre modos.

Un conjunto complejo de relaciones rige la elección de los parámetros de control en una forma de realización de ejemplo del método de control de la presente invención. Los parámetros de control 35 ajustables, así como algunas de las características de control en las que influyen, se resumen en la Tabla 5 que se muestra a continuación.

Tabla 5.

Parámetros de Control: Características de Control

Límites de magnitud de punto de consigna Límites de velocidad de la rampa del punto de consigna Retardo del filtro de pasa baja (longitud) Límites de la banda de histéresis del relé Ganancias PID Límites de saturación IBi Ganancia de control aperiódico (control IBi): Velocidad de la respuesta de lazo Velocidad de la respuesta de rampa Rigidez/precisión del control Rebasado Rechazo a 120 Hz Estabilidad de lazo Resistencia al ciclo límite Comportamiento alrededor de las

discontinuidades del sistema físico Rechazo del cambio de carga Salida de rampa (conmutación de modo no deseado durante el cambio de rampa)

Pueden observarse diversos compromisos entre las características de control cuando varían uno o más de los parámetros de control. Por ejemplo, la reducción de los límites de la banda de histéresis utilizados en los relés 96 para evitar la vibración conducen a una mayor precisión del control, pero aumenta la tendencia hacia el ciclo límite entre los diferentes modos de control. Mayores velocidades de rampa 5 conducen a una respuesta del sistema más rápida, pero pueden conducir a la salida de rampa y a problemas de rebasamiento. La ralentización de los filtros pasa baja 100 mejora el rechazo a 120 Hz y la resistencia al ciclo límite, pero aumenta los retardos de conmutación de modo en respuesta a una variable de control que supera sus límites admisibles. Se aplican muchos otros compromisos para ajustar los parámetros de control.

Contra este telón de fondo de compromisos de toma y daca, la presente invención proporciona 10 una metodología de ejemplo para ajustar el regulador PID 94 y la ley de control aperiódico del circuito de control del convertidor 70. En primer lugar, la ganancia aperiódica del lazo de control de corriente del convertidor bidireccional (IBi) se sintoniza para dar la respuesta más rápida posible al tiempo que mantiene la estabilidad adecuada y un rebasamiento bajo. Como se ha mencionado anteriormente, se ha descubierto que el valor K = 0,33·(L/Δt) da buenos resultados a este respecto. A continuación, se eligen las ganancias de PID 15 en el regulador 94 para la tensión de bus de cc y los lazos de control de corriente de la pila de combustible. Estas ganancias se seleccionan para producir la respuesta más rápida posible al tiempo que minimiza el rebasamiento. Un objetivo adicional del lazo de control de retroalimentación de la tensión de bus de cc es mantener una buena rigidez del control en presencia de los cambios de carga. Por último, las ganancias de PID para la tensión de batería y los lazos de control de retroalimentación de la corriente de batería se eligen 20 para proporcionar unos tiempos de respuesta moderados (en comparación con los demás lazos). Puede resultar ventajoso ralentizar estos últimos dos lazos un poco, con el fin de evitar cualquier tendencia hacia el ciclo límite.

En general, no es necesario utilizar la ganancia derivativa no cero para cualquiera de las variables de control excepto para la corriente de la pila de combustible, IFC. Se descubrió que el control de PI 25 (en contraposición al control de PID) proporcionaba un control adecuado para las demás variables de control de interés sobre una gama de condiciones de ensayo. Para el control de la corriente de la pila de combustible, la selección de PI frente al control de PID depende en gran medida de la selección de la topología de filtro de entrada (véase el circuito de bloqueo inverso 22 en la Fig. 1). Si el circuito de bloqueo 22 incluye un filtro de entrada LC con una fuente de entrada rígida, se ha descubierto que resulta necesario 30 el control de PID de la corriente de la pila de combustible para estabilizar el sistema 10. El uso del control de PID tiene un coste, es decir una reducción significativa del rechazo de los componentes de corriente de 120 Hz de la corriente de la pila de combustible y la corriente de batería. Cuando se utiliza un filtro de entrada puramente capacitivo, el control de PI de la corriente de la pila de combustible proporciona una estabilidad del control adecuada. Puesto que la propia pila de combustible 32 ralentiza significativamente la 35 dinámica del sistema, también es posible utilizar el control de PI incluso con un filtro de entrada LC, pero en ese caso el control de PI debe sintonizarse cuidadosamente para que coincida con las características dinámicas de la pila de combustible 32 concreta que se utiliza con el sistema 10.

Aunque los detalles de ejemplo anteriores describen formas de realización de ejemplo de la presente invención en el contexto de un sistema de control de energía alternativa 10, debe entenderse que el 40 aparato y los métodos presentados en la presente memoria proporcionan un control multivariable de ejemplo en una variedad de tipos de sistemas. A modo de ejemplo no limitativo, la presente invención puede aplicarse ventajosamente al control de los sistemas de distribución de cc que incluyen una o más fuentes de alimentación de cc que alimentan cargas de cc variables o fijas; el control de los sistemas de energía donde una única regulación de potencia debe regular selectivamente una o más cantidades de control; el control de 45 otros sistemas multivariable interdependientes con un único mando de control, que incluyen los sistemas no eléctricos; el control de convertidores monofásicos que interconectan fuentes de energía alternativa (incluyendo arrays fotovoltaicos, pilas de combustible, micro-turbinas, etc.) a la red de ca; y el control de los sistemas de reserva de batería para sistemas UPS o sistemas de energía alternativa.

En términos generales, la presente invención permite controlar múltiples variables de sistema 50 utilizando sólo un único mando de control. En el contexto del sistema de energía alternativa 10, permite cargar la batería o regular la corriente de la pila de combustible o la tensión de bus de cc interna, según resulte necesario a fin de satisfacer las distintas necesidades del sistema 10 bajo diferentes condiciones a

través del mando de control único proporcionado por el convertidor bidireccional 20. Aunque el sistema 10 generalmente regula sólo una variable de control al mismo tiempo, actúa para evitar que cualquiera de las variables de control entre en una región de funcionamiento que pudiera ser perjudicial para cualquiera de los componentes en o asociados con el sistema 10.

Como parte del método de ejemplo, el sistema 10 proporciona un lazo de control para cada 5 variable de control de interés y, a continuación cierra selectivamente uno de esos lazos de control seleccionado a través del regulador PID 94, que es comúnmente compartido por los diferentes lazos de control. La conmutación dinámica dentro del PID 94 permite que su comportamiento de control se adapte para la regulación de cada variable de control individual en base a la selección de los términos de ganancia conmutables. De esta manera, con la lógica de arbitraje de modo del estado de la máquina 92 y los términos 10 de ganancia conmutables del regulador PID 94, el controlador multivariable 12 proporciona una selección variable automática y un ajuste del control de regulación en el que selecciona automáticamente una de las variables de control concretas para regulación (y se autosintoniza) según resulte necesario en base al modo y a las condiciones monitorizadas (LO/HI/INBAND) para cada una de las variables de control de interés.

De esta manera, el sistema 10 combina múltiples lazos de control de retroalimentación de las 15 variables de control en un único control multivariable utilizando un regulador PID común. El método de control monitoriza la señal de error de cada variable y la convierte en una señal de lógica de triestado o ternario (HI/LO/INBAND). Las técnicas de lógica combinatoria y de máquina de estado se utilizan de manera novedosa para determinar el modo de control de regulación correcto para el sistema 10. Tal control puede implementarse en su totalidad o en parte dentro de uno o más procesadores digitales de señal (DSPs), 20 microprocesadores, microcontroladores, u otros circuitos de procesamiento digital, como ASICs, FPGAs, u otros dispositivos programables complejos. Como tal, la presente invención puede implementarse como un programa de ordenador almacenado en un medio legible de ordenador, en el que el programa de ordenador comprende las instrucciones del programa para llevar a cabo los métodos de ejemplo detallados anteriormente. 25

Los expertos en la materia entenderán la amplia aplicabilidad de la presente invención a una variedad de contextos de control y tipos de sistemas, que incluyen sistemas eléctricos y no eléctricos. Como tal, la presente invención no se ve limitada por los detalles anteriores sino más bien sólo se ve limitada por el alcance de las siguientes reivindicaciones y sus equivalentes razonables.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un método para controlar un sistema de energía alternativa multivariable con una pluralidad de modos en el que el sistema se configura para funcionar a partir de un dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica (EESD) y un dispositivo de generación de energía alternativa (AEGD), comprendiendo el método:

acoplar una entrada de EESD del sistema a un bus de cc a través de un primer dispositivo de 5 flujo de potencia que controla el flujo de potencia entre el EESD y el bus de cc, y acoplar una entrada de AEGD al bus de cc a través de un circuito de bloqueo inverso configurado para evitar que la corriente fluya desde el bus de cc al AEGD;

monitorizar una pluralidad de variables de control de interés en el sistema que incluyen la corriente de EESD y la tensión de EESD, la tensión de bus de cc y la corriente de AEGD; 10

seleccionar una de las variables de control para el control de regulación y regular la variable de control seleccionada con respecto a un punto de consigna deseado sin dejar de monitorizar las restantes variables de control; y

conmutar selectivamente el control de regulación a una de las variables de control restantes y regular esa variable de control con respecto a un punto de consigna deseado si se detecta que esa variable 15 de control supera un valor permitido,

caracterizado porque la selección y la conmutación selectiva se llevan a cabo de acuerdo con un orden de prioridad dependiente del modo actual del sistema de energía alternativa.
2. El método de la reivindicación 1, que comprende adicionalmente almacenar uno o más valores de parámetros para cada una de las variables de control, y configurar un circuito de control para 20 utilizar los valores de parámetros almacenados correspondientes a una variable de control concreta donde esa variable de control concreta se selecciona para el control de regulación.
3. El método de la reivindicación 2, en el que el circuito de control comprende un controlador PID, y en el que los valores de parámetros almacenados para cada variable de control comprenden por lo menos uno de entre un término de ganancia proporcional, un término de ganancia integral, y un término de 25 ganancia derivativa.
4. El método de la reivindicación 3, que comprende adicionalmente proporcionar un lazo de control individual para cada variable de control, y cerrar el lazo de control correspondiente a la variable de control seleccionada a través del controlador PID.
5. El método de la reivindicación 1, que comprende adicionalmente definir un orden de 30 prioridad de control que determine la variable de control concreta seleccionada para el control de regulación si se detecta que dos o más de las variables de control superan sus valores permitidos.
6. El método de la reivindicación 1, que comprende adicionalmente designar un variable de control concreta como variable de regulación por defecto, y asignar una prioridad de control más baja a la variable de regulación por defecto. 35
7. El método de la reivindicación 1, en el que la selección de una de las variables de control para el control de regulación y la regulación de la variable de control seleccionada con respecto a un punto de consigna deseado mientras se continúa monitorizando las variables de control restantes comprende regular la variable de control seleccionada controlando el flujo de potencia entre el EESD y el bus de cc sensible a la medición de un error entre la variable de control seleccionada y el punto de consigna deseado 40 para la variable de control seleccionada.
8. El método de la reivindicación 7, en el que la conmutación selectiva del control de regulación a una de las variables de control restantes y la regulación de esa variable de control con respecto a un punto de consigna deseado si se detecta que esa variable de control supera un valor permitido comprende seleccionar una de las variables de control restantes como nueva variable de control de regulación y controlar 45 el flujo de potencia entre el EESD y el bus de cc sensible a un error entre un valor medido de la nueva variable de control de regulación y un punto de consigna correspondiente deseado.
9. El método de la reivindicación 8, en el que el primer dispositivo de flujo de potencia comprende un convertidor bidireccional que controla el flujo de corriente del convertidor bidireccional sensible a un ciclo de servicio de una señal de conmutación aplicada, y en el que controlar el flujo de potencia 50 comprende controlar el ciclo de servicio de la señal de conmutación.
10. El método de la reivindicación 1, en el que el sistema de energía alternativa comprende adicionalmente un convertidor de ca que se acopla selectivamente a un sistema eléctrico de ca en un modo de funcionamiento en modo Paralelo a la Red del sistema de energía alternativa.
11. El método de la reivindicación 10, que comprende adicionalmente regular selectivamente la corriente de AEGD y la tensión de bus de cc haciendo funcionar el convertidor de ca como segundo 5 dispositivo de flujo de potencia para controlar el flujo de potencia entre el bus de cc y el sistema eléctrico de ca.
12. El método de la reivindicación 11, que comprende adicionalmente, cuando funciona en el modo Paralelo a la Red, regular selectivamente la tensión de EESD y la corriente de EESD a través del primer dispositivo de flujo de potencia, y regular selectivamente la corriente de AEGD y la tensión de bus de 10 cc a través del segundo dispositivo de flujo de potencia.
13. El método de la reivindicación 1, en el que, en un modo de carga del sistema de energía alternativa, definiendo el orden de prioridad de control como la tensión de bus de cc, la corriente de AEGD, y la tensión de EESD o la corriente EESD como una función de sus valores con respecto a su configuración máxima. 15
14. El método de la reivindicación 1, en el que, en un modo de no carga del sistema de energía alternativa, definiendo el orden de prioridad de control como la tensión de bus de cc, y la corriente de AEGD.
15. El método de la reivindicación 1, que comprende adicionalmente seleccionar una de las variables de control como una variable por defecto, y establecer la variable por defecto a una prioridad más baja en el orden de prioridad de control. 20
16. Un aparato de control multivariable para controlar un sistema de energía alternativa, comprendiendo el aparato:

un primer dispositivo de flujo de potencia para acoplar un dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica (EESD) a un bus de cc dentro del sistema de control de energía alternativa, estando configurado el primer dispositivo de flujo de potencia para controlar el flujo de potencia entre el EESD y el bus 25 de cc;

un circuito de bloqueo inverso para acoplar un dispositivo de generación de energía alternativa (AEGD) a un bus de cc, estando configurado el circuito de bloqueo inverso para evitar que la corriente fluya al AEGD desde el bus de cc;

un circuito de control multivariable para monitorizar un conjunto de variables de control que 30 comprende dos o más de entre una tensión de EESD, una corriente de EESD, una corriente de AEGD, y una tensión de bus de cc;

dicho circuito de control multivariable configurado para controlar el primer dispositivo de flujo de potencia en uno o más modos de funcionamiento del sistema de energía alternativa para regular una de las variables de control seleccionada, en base a un orden de prioridad dependiente del modo, con respecto a un 35 punto de consigna correspondiente deseado, y para cambiar qué variable de control se selecciona para el control de regulación sensible a la detección de que una variable de control no seleccionada supera un valor permitido.
17. El aparato de la reivindicación 16, en el que el aparato incluye adicionalmente un convertidor de ca para generar una potencia de ca a partir de una potencia de cc suministrada por el bus de 40 cc, el convertidor de ca opera como segundo dispositivo de flujo de potencia controlando el flujo de potencia entre el bus de cc y un sistema eléctrico de ca externo, y en el que, en un modo de funcionamiento en modo Paralelo a la Red en el que el convertidor de ca se acopla al sistema eléctrico externo, el circuito de control multivariable se configura para regular una seleccionada de entre la corriente de AEGD y la tensión de bus de cc controlando el segundo dispositivo de flujo de potencia y simultáneamente para regular una 45 seleccionada de entre la tensión de EESD y la corriente de EESD controlando el primer dispositivo de flujo de potencia.
18. El aparato de la reivindicación 17, en el que el circuito de control multivariable comprende un circuito de control de cc configurado para controlar el primer dispositivo de flujo de potencia, y un circuito de control de ca configurado para controlar el segundo dispositivo de flujo de potencia. 50
19. El aparato de la reivindicación 18, en el que el circuito de control de cc se configura para regular una seleccionada de entre la tensión de EESD, la corriente de EESD, la corriente de AEGD, y la tensión de bus de cc, si no se encuentra en el modo Paralelo a la Red.
20. El aparato de la reivindicación 16, en el que el primer dispositivo de flujo de potencia comprende un convertidor bidireccional que controla el flujo de corriente entre el EESD y el bus de cc en respuesta a un ciclo de servicio de una señal de conmutación aplicada, y en el que el circuito de control multivariable se configura para regular la variable de control seleccionada controlando el ciclo de servicio de la señal de conmutación. 5
21. El aparato de la reivindicación 16, en el que uno o más modos incluyen un modo de carga de EESD, y en el que el circuito de control multivariable se configura para monitorizar la tensión de EESD y la corriente de EESD con respecto a unos valores máximos permitidos, y para seleccionar uno de ellos para el control de regulación en base a esa monitorización.
22. El aparato de la reivindicación 21, en el que el circuito de control multivariable se configura 10 para seleccionar la corriente de EESD para un control de regulación en el modo de carga si ni la tensión de EESD ni la corriente de EESD superan sus valores máximos permitidos respectivos.
23. El aparato de la reivindicación 16, en el que el circuito de control multivariable se configura para funcionar en un modo inactivo en el que ajusta el punto de consigna correspondiente a la tensión de bus de cc a un valor mínimo de manera que la tensión de bus de cc tenga menos probabilidad de ser 15 seleccionada para el control de regulación haciendo que sea menos probable que la tensión de bus de cc caiga fuera de un intervalo permitido.
24. El aparato de la reivindicación 23, en el que el circuito de control multivariable se configura adicionalmente para ajustar el punto de consigna correspondiente a la corriente de AEGD de manera que permita que la corriente de AEGD aumente hasta un valor máximo permitido antes de intentar regular la 20 corriente de AEGD a la baja.
25. El aparato de la reivindicación 24, en el que el circuito de control multivariable se configura para ajustar los puntos de consigna correspondientes a la tensión de bus de cc y la corriente de AEGD en base a la recepción de unos valores de órdenes de un circuito de control supervisor.
26. El aparato de la reivindicación 16, en el que el circuito de control multivariable comprende: 25

un circuito de entrada de lazo de control para cada variable de control en el conjunto de variables de control;

un circuito de selección de modo para seleccionar un modo de regulación en base a la recepción de una o más señales de detección desde cada uno de los circuitos de entrada de lazo de control; y 30

un circuito regulador PID configurado para generar una señal de control para el primer dispositivo de flujo de potencia en base a un error entre la variable de control seleccionada y su punto de consigna correspondiente deseado.
27. El aparato de la reivindicación 26, en el que el circuito regulador PID se configura para ajustar uno o más de entre un término de ganancia derivativa, un término de ganancia proporcional, y término 35 de ganancia integral en base a la variable de control seleccionada.
28. El aparato de la reivindicación 27, en el que el circuito regulador PID se configura para ajustar sus operaciones para la regulación de cada una de las variables de control en el conjunto de variables de control estableciendo uno o más de los términos de ganancia en base a uno o más parámetros almacenados para cada variable de control. 40
29. El aparato de la reivindicación 26, que comprende adicionalmente un segundo circuito regulador PID configurado para controlar un convertidor de ca como segundo dispositivo de flujo de potencia, y en el que, cuando el aparato está funcionando en un modo Paralelo a la Red, el circuito de control multivariable se configura para regular una seleccionada de entre la corriente de EESD y la tensión de EESD controlando el primer dispositivo de flujo de potencia a través del primer circuito regulador PID y se configura 45 para regular una seleccionada de entre la corriente de AEGD y la tensión de bus de cc controlando el segundo circuito regulador PID a través del segundo circuito regulador PID.
30. El aparato de la reivindicación 16, en el que el primer dispositivo de flujo de potencia comprende un controlador de convertidor bidireccional configurado para controlar una corriente de convertidor bidireccional que fluye entre el EESD y el bus de cc sensible a un ciclo de servicio de la señal de 50 control.