ES2356760B1 - INTEGRAL MANAGEMENT DEVICE FOR ELECTRICAL POWER MICROPRODUCTION. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo de gestión integral de microproducción de energía eléctrica.#Dicho dispositivo (1) es una plataforma hardware con una determinada programación donde se integra en un único dispositivo el control de todos los elementos de una instalación de microgeneración de energía eléctrica (2) y un control sobre operaciones de un dispositivo de interconexión (3) con red eléctrica principal (5) y comandado por un gestor global de red; de manera que las consignas de generación de energía pueden establecerse desde dos sistemas de decisión distintos y coordinados: uno interno en función de los intereses del propietario de la referida instalación (2) y otro externo en función de las necesidades del resto de la red.Integral management device for electric power microproduction. # Said device (1) is a hardware platform with a specific programming where the control of all the elements of an electric power microgeneration installation (2) and a single device is integrated into a single device. control over operations of an interconnection device (3) with main power network (5) and commanded by a global network manager; so that the power generation instructions can be established from two different and coordinated decision systems: an internal one based on the interests of the owner of the aforementioned installation (2) and an external one based on the needs of the rest of the network.
Description
Dispositivo de gestión integral de microproducción de energía eléctrica. Integral management device for microproduction of electric energy.
Objeto de la invención Object of the invention
La presente invención, tal y como se expresa en el enunciado de esta memoria descriptiva, se refiere a un dispositivo de gestión integral de microproducción de energía eléctrica cuya finalidad consiste en facilitar en un único dispositivo un gestor integral de la microproducción de energía eléctrica de pequeñas instalaciones, permitiendo controlar de forma coordinada todos los elementos internos que compongan la instalación, los elementos de conexión a la red eléctrica principal, así como la parte de esa instalación aguas abajo del microgenerador, al objeto de trabajar de forma coordinada con otros elementos externos de generación y consumo. The present invention, as expressed in the statement of this specification, refers to a device for the integral management of microproduction of electric energy whose purpose is to facilitate in a single device an integral manager of the microproduction of electric energy of small installations, allowing to control in a coordinated way all the internal elements that make up the installation, the elements of connection to the main electrical network, as well as the part of that installation downstream of the microgenerator, in order to work in coordination with other external elements of generation and consumption
La invención es especialmente aplicable en instalaciones de microproducción de energía eléctrica componentes de una microrred eléctrica con multitud de pequeños generadores la cual para un buen funcionamiento debe establecer una coordinación entre los distintos agentes que intervienen en el sistema de distribución, tales como producción, consumo, protección y almacenamiento. The invention is especially applicable in installations of microproduction of electric power components of an electric micro-network with a multitude of small generators which for a good operation must establish a coordination between the different agents involved in the distribution system, such as production, consumption, protection and storage
Antecedentes de la invención Background of the invention
En muchas aplicaciones industriales se han invertido muchos recursos en desarrollar soluciones de software concebidas para, actuar de forma aislada resolviendo problemas de gestión o control concretos de un proceso productivo. La observación del comportamiento de dichos subsistemas desde el punto de vista del funcionamiento global del proceso lleva por lo general a concluir que muchos agentes tomarían mejores decisiones si no funcionaran como islas, si interactuaran con los otros compartiendo información y estimaciones o cálculos realizados. In many industrial applications, many resources have been invested in developing software solutions designed to act in isolation, solving specific management or control problems of a productive process. The observation of the behavior of these subsystems from the point of view of the overall operation of the process generally leads to the conclusion that many agents would make better decisions if they did not function as islands, if they interacted with the others sharing information and estimates or calculations made.
La extensión de esta idea al control y/o gestión de procesos complejos nos lleva a trabajar con sistemas de inteligencia artificial distribuida (DAI). Un antecedente en proyectos que desarrolla este concepto lo encontramos en el proyecto ARCHON (Jennings et al., 1996) en el cual se definirían una estructura general, un entorno de software y una metodología aplicables a distintos tipos de procesos. La aplicación se realizó en dos campos: el transporte de energía eléctrico y el control de un acelerador de partículas. El objetivo era proporcionar una herramienta de decisión que apoyara a los ingenieros de control y gestión de la red en presencia de perturbaciones. La idea era crear un entorno de software que interactuara con sistemas preexistentes utilizando plataformas de distribución de datos comunes, para poder “razonar” con información que contenga diferentes niveles de detalle y utilizar diferentes formas de obtener las soluciones, así como para poder flexibilizar los mismos para distintos tipos de redes. The extension of this idea to the control and / or management of complex processes leads us to work with distributed artificial intelligence (DAI) systems. An antecedent in projects that develops this concept is found in the ARCHON project (Jennings et al., 1996) in which a general structure, a software environment and a methodology applicable to different types of processes would be defined. The application was carried out in two fields: the transport of electrical energy and the control of a particle accelerator. The objective was to provide a decision tool that would support the network control and management engineers in the presence of disturbances. The idea was to create a software environment that interacts with pre-existing systems using common data distribution platforms, in order to “reason” with information that contains different levels of detail and use different ways of obtaining the solutions, as well as to be able to make them flexible. for different types of networks.
El problema es hoy aún más complejo. Hoy día, el mapa de la generación de energía eléctrica está cambiando constantemente debido sobre todo a la utilización de fuentes de energía renovable (solar y eólica, principalmente) que supone la introducción de multitud de micro-productores en la red que interaccionan con la misma, complicando su monitorización y control. Para poder pues explotar las tremendas oportunidades de diversidad energética y manejo ambiental que ofrece la generación distribuida es necesario vencer algunos problemas tecnológicos que están frenando su expansión, entre los que se encuentran los siguientes: The problem is even more complex today. Today, the map of electricity generation is constantly changing due mainly to the use of renewable energy sources (solar and wind, mainly) that involves the introduction of many micro-producers in the network that interact with it , complicating its monitoring and control. In order to exploit the tremendous opportunities for energy diversity and environmental management offered by distributed generation, it is necessary to overcome some technological problems that are slowing its expansion, among which are the following:
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- Modificación del perfil de tensiones de la red eléctrica. La tensión suministrada por las compañías eléctricas debe respetar determinadas normas de calidad. La inserción de sistemas de GD/DA hace que la energía pueda fluir en ambos sentidos y que por lo tanto las caídas de tensión sean diferentes a las previstas inicialmente. Para mantener limitadas las variaciones de tensión, es necesario introducir nuevos métodos de control que tengan en cuenta el carácter bidireccional de la energía y diseñar de forma óptima la ubicación de las unidades GD/DA. Modification of the voltage profile of the power grid. The voltage supplied by the electricity companies must respect certain quality standards. The insertion of GD / DA systems means that the energy can flow both ways and therefore the voltage drops are different from those initially planned. To keep the voltage variations limited, it is necessary to introduce new control methods that take into account the bi-directional nature of the energy and optimally design the location of the GD / DA units.
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- Peligro de mal funcionamiento de las protecciones. Cuando se produce un fallo en la red eléctrica, es necesario aislar la zona donde este se haya producido abriendo el número mínimo de disyuntores. La inserción de sistemas GD/DA hace necesario revisar los sistemas de protección para asegurar la viabilidad y la continuidad del suministro eléctrico. Danger of malfunction of protections. When a mains failure occurs, it is necessary to isolate the area where it has occurred by opening the minimum number of circuit breakers. The insertion of GD / DA systems makes it necessary to review the protection systems to ensure the viability and continuity of the electricity supply.
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- Pérdida de calidad de onda. La conexión y desconexión de forma autónoma de las unidades de GD/DA provoca variaciones importantes en la calidad de onda en los equipos de su entorno, como por ejemplo, inyección de armónicos, creación de fluctuaciones de tensión y flicker, huecos y cortes de tensión, etc. Es necesario introducir sistemas de medida inteligentes, que tengan en cuenta el carácter y bidireccional de la energía, así como sistemas de electrónica de potencia que puedan mitigar estas perturbaciones y por lo tanto mejorar la calidad del suministro eléctrico. Loss of wave quality. The autonomous connection and disconnection of the GD / DA units causes significant variations in the wave quality in the equipment of your environment, such as harmonic injection, creation of voltage fluctuations and fl icker, gaps and voltage cuts , etc. It is necessary to introduce intelligent measurement systems, which take into account the character and bidirectional of the energy, as well as power electronics systems that can mitigate these disturbances and therefore improve the quality of the electricity supply.
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- Reconfiguración continua de la red. Como consecuencia de una perturbación se producirán desconexiones respecto de la red general que deberán ser reincorporadas a la misma tan pronto como sea posible mediante una configuración óptima de la red que tendrá en cuenta tanto la seguridad y calidad del suministro como la optimización en la utilización de la red y las condiciones de contratación de los usuarios. Continuous network reconfiguration. As a result of a disturbance there will be disconnections with respect to the general network that should be reincorporated to it as soon as possible through an optimal configuration of the network that will take into account both the security and quality of the supply and the optimization in the use of the network and the contracting conditions of the users.
Además, cuando se trata de redes con alta penetración de microgeneración, se asume que no hay un único propietario de los elementos de generación por lo que las decisiones sobre quien exporta energía a qué parte de la red en cada momento, hay que tomarlas de forma coordinada y consensuada en función de múltiples parámetros, y es en este punto en donde la presente invención permite interacción entre elementos diseñados que siguiendo una misma filosofía permiten simplificar la maniobrabilidad de este tipo de sistemas, ya que al integrar en un mismo dispositivo todo el control, la comunicación con el exterior se facilita y la gestión interna se optimiza según lo que en cada instante de tiempo convenga. In addition, when it comes to networks with high microgeneration penetration, it is assumed that there is no single owner of the generation elements, so decisions about who exports energy to which part of the network at any time, must be taken in a way coordinated and agreed based on multiple parameters, and it is at this point that the present invention allows interaction between designed elements that following the same philosophy allow simplifying the maneuverability of this type of systems, since by integrating all the control in the same device , the communication with the outside is facilitated and the internal management is optimized according to what in each moment of time it agrees.
Descripción de la invención Description of the invention
Para lograr los objetivos y evitar los inconvenientes indicados en anteriores apartados, la invención consiste en un dispositivo de gestión integral de microproducción de energía eléctrica, aplicable a una instalación de microgeneración de energía eléctrica que cuenta básicamente con un microgenerador tal como paneles solares, molinos eólicos u otro conectado a un convertidor DC/DC que a su vez conecta con un inversor DC/AC; de manera que a través de un dispositivo de interconexión el inversor conecta con una red eléctrica principal; pudiendo conectar además con dicho dispositivo de interconexión una microrred formada por una pluralidad de instalaciones de microgeneración de energía análogas a la descrita. To achieve the objectives and avoid the inconveniences indicated in previous sections, the invention consists of a device for the integral management of microproduction of electric energy, applicable to an installation of microgeneration of electric energy that basically has a microgenerator such as solar panels, windmills or another connected to a DC / DC converter that in turn connects to a DC / AC inverter; so that through an interconnection device the inverter connects to a main power grid; It can also connect to said interconnection device a micro-network formed by a plurality of energy microgeneration installations similar to that described.
Novedosamente, según la invención, el dispositivo de gestión de la misma es una plataforma hardware con determinada programación donde se integra en un único dispositivo el control de todos los elementos de la instalación de microgeneración de energía y un control sobre operaciones del dispositivo de interconexión, el cual está comandado por un gestor global de red; de manera que las consignas de generación de energía pueden establecerse desde dos sistemas de decisión distintos y coordinados: uno interno en función de los intereses del propietario de la instalación de microgeneración de energía y otro externo en función de las necesidades del resto de la red. Novelly, according to the invention, the management device thereof is a hardware platform with certain programming where control of all the elements of the energy microgeneration installation and control over operations of the interconnection device is integrated into a single device, which is commanded by a global network manager; so that the power generation instructions can be established from two different and coordinated decision systems: one internal based on the interests of the owner of the energy microgeneration facility and another external depending on the needs of the rest of the network.
Según la realización preferente de la invención, ese control sobre operaciones del dispositivo de interconexión mediante el dispositivo de gestión cuenta con medios de bloqueo de órdenes del gestor global de red, en función de parámetros de la instalación de microgeneración tales como capacidad de generación, nivel de consumo aguas abajo del microgenerador, energía almacenada, calidad de suministro y seguridad eléctrica. According to the preferred embodiment of the invention, that control over operations of the interconnection device by means of the management device has means for blocking orders from the global network manager, depending on parameters of the microgeneration installation such as generation capacity, level of consumption downstream of the microgenerator, stored energy, supply quality and electrical safety.
Además, según la realización preferente de la invención, la actuación coordinada de sus dos sistemas de decisión puede no limitarse a una señal de conexión/desconexión de la instalación de microgeneración de la red, incluyendo adicionalmente dicha actuación una regulación de parámetros tales como potencia de salida, corrección de factor de potencia, calidad de suministro y operación en isla en función de la estimación de generación y consumo. Furthermore, according to the preferred embodiment of the invention, the coordinated action of its two decision systems may not be limited to a connection / disconnection signal of the microgeneration system of the network, said action additionally including a regulation of parameters such as power of output, power factor correction, supply quality and operation on the island based on the generation and consumption estimate.
En la realización preferente de la invención, el referido dispositivo de gestión presenta una estructura de bloques funcionales consistente en un módulo de medidas de sensores analógicos unido a un primer módulo procesador de señales digitales DSP y a un módulo de alarmas que además conecta con un segundo módulo procesador de señales digitales DSP unido a un módulo de entradas y salidas digitales y de señales para electrónica de potencia que también conecta con el módulo de alarma; conectando además éste segundo módulo procesador con un módulo interface con estructura jerárquica de gestión de red; estando interconectados los dos módulos procesadores DSP mediante un módulo de comunicación. In the preferred embodiment of the invention, said management device has a functional block structure consisting of an analog sensor measurement module linked to a first DSP digital signal processor module and an alarm module that also connects to a second module. DSP digital signal processor connected to a digital input and output module and signals for power electronics that also connects to the alarm module; connecting this second processor module with an interface module with hierarchical network management structure; The two DSP processor modules are interconnected by means of a communication module.
Los referidos módulos, a nivel de circuitería, se pueden estructurar en un bloque correspondiente al primer módulo procesador DSP, un bloque correspondiente al segundo módulo procesador DSP, un bloque correspondiente al referido módulo interface que conecta con un gestor de red coordinada externo al dispositivo de gestión, un bloque de circuitería de control, generación y almacenamiento de energía que conecta mediante señales de control y mando con la instalación de microgeneración de energía, y un bloque de circuitería de control del inversor y de conexiones a red y a microrred que mediante señales de control y mando conecta además de con la referida instalación con el dispositivo de interconexión. The aforementioned modules, at the circuit level, can be structured in a block corresponding to the first DSP processor module, a block corresponding to the second DSP processor module, a block corresponding to the said interface module that connects with a coordinated external network manager to the device. management, a block of control circuitry, generation and storage of energy that connects by means of control and command signals with the installation of microgeneration of energy, and a block of circuitry of control of the inverter and connections to network and to microrred that by means of signals of control and command connect in addition to the aforementioned installation with the interconnection device.
En la realización preferente de la invención el referido módulo de inteface incluye un analizador integral de estado de la red que además de controlar parámetros de calidad de onda, también se encarga de estimar tanto la producción local como la demanda aguas abajo de la microproducción y la capacidad de almacenamiento de energía de la instalación; facilitando una elección autónoma del modo de operación que permite instantáneamente reconfigurar la topología de la instalación para cambiar su funcionalidad; empleándose un algoritmo de toma de decisión basado en lógica borrosa para priorizar los modos de operación; de manera que dicho algoritmo permite establecer un ranking en función del cual se establece el modo de operación y las transiciones entre los mismos en función de información interna y del resto de la red, según los parámetros proporcionados por dicho analizador integral de estado de la red, según el sistema de alarmas interno de la microproducción y según consignas externas. In the preferred embodiment of the invention, said inteface module includes an integral network state analyzer that, in addition to controlling wave quality parameters, is also responsible for estimating both local production and downstream demand of microproduction and energy storage capacity of the facility; facilitating an autonomous choice of the mode of operation that allows instantaneously reconfiguring the installation topology to change its functionality; using a decision algorithm based on fuzzy logic to prioritize the modes of operation; so that said algorithm allows to establish a ranking based on which the mode of operation and the transitions between them are established based on internal information and the rest of the network, according to the parameters provided by said integral network status analyzer , according to the internal alarm system of the microproduction and according to external instructions.
En la realización preferente de la invención, el referido bloque de circuitería de control del inversor y de conexiones a red y a microrred, cuenta con algoritmos de control vectorial del inversor, DC/AC; de manera que con conexión a red se ejerce un control vectorial utilizando tres lazos de control y sin conexión a red se ejerce un control vectorial utilizando cuatro lazos de control. In the preferred embodiment of the invention, said inverter control circuitry and network and microrred connections block has vector inverter control algorithms, DC / AC; so that with a network connection a vector control is exercised using three control loops and without a network connection a vector control is exercised using four control loops.
Según la realización preferente de la invención, el dispositivo de gestión de la misma recibe dos tipos de datos correspondientes a: According to the preferred embodiment of the invention, the management device thereof receives two types of data corresponding to:
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- Medidas de tensión e intensidad en varios puntos internos de la instalación de generación y del punto de conexión a la red, en base a los cuales se determina la estrategia de control interna; y Voltage and intensity measurements at various internal points of the generation facility and the network connection point, based on which the internal control strategy is determined; Y
- --
- Datos de estado de la red principal, microrred y meteorológicos de la zona, que permiten o bien modificar consignas de la referida estrategia de control o bien supeditar la misma a una propuesta desde el exterior. Status data of the main, micro-network and meteorological network of the area, which allow either to modify the instructions of the aforementioned control strategy or to make it subject to a proposal from outside.
Con ello, se establecen automáticamente y en función de esos dos tipos de datos al menos uno de los siguientes siete tipos de operación: a) generador exportando a red toda la potencia generada con cargas aguas abajo desconectadas; b) generador trabajando en paralelo con la red principal alimentando en paralelo a los consumos aguas abajo; c) generador alimentando en isla a los consumos aguas abajo; d) generador cargando los sistemas de almacenamiento; e) almacenamiento exportando a la red la energía acumulada; f) almacenamiento alimentando en isla a los consumos aguas abajo, y g) generador desconectado. With this, at least one of the following seven types of data is automatically established and based on these two types of data: a) generator exporting to the network all the power generated with downstream loads disconnected; b) generator working in parallel with the main network feeding parallel to downstream consumption; c) generator feeding the downstream consumption on the island; d) generator loading storage systems; e) storage by exporting accumulated energy to the network; f) storage feeding downstream consumption on the island, and g) generator disconnected.
Según la realización preferente de la invención, el dispositivo de generación de la misma emite tres tipos de datos correspondientes a: -señal de PWM para la electrónica de potencia; -señales de mando para configurar tanto la estructura interna de la instalación como la conexión a la red y a los consumos susceptibles de ser alimentados en isla; y -señales de estado internas para el gestor de la red. According to the preferred embodiment of the invention, the generating device thereof emits three types of data corresponding to: - PWM signal for power electronics; - command signals to configure both the internal structure of the installation and the connection to the network and to the consumables that can be fed on the island; and - internal status signals for the network manager.
Además, el referido dispositivo de gestión efectúa en esa realización preferente de la invención y en función de los datos recibidos operaciones de: -estimación de la capacidad de producción de energía a corto plazo; -estimación del consumo a corto plazo; -estimación del estado de carga de los acumuladores; -estimación del estado de la red externa; -análisis del estado de las alarmas; -toma de decisión sobre el tipo de operación óptimo de entre los siete descritos anteriormente; -control del conversor DC/DC o del regulador, según modo de operación; y -control del inversor DC/AC, según el modo de operación. In addition, the said management device carries out in that preferred embodiment of the invention and based on the data received operations of: -estimation of the short-term energy production capacity; -estimulation of short-term consumption; -estimation of the state of charge of the accumulators; -estimation of the state of the external network; -Analysis of alarm status; - decision making on the type of optimal operation among the seven described above; -control of the DC / DC converter or regulator, depending on the mode of operation; and -control of the DC / AC inverter, depending on the mode of operation.
Con la estructura que se ha descrito, el dispositivo de la invención presenta la ventaja fundamental de que permite un control integral de la correspondiente instalación de microproducción de energía eléctrica respecto al funcionamiento propio y respecto a su integración con otras instalaciones análogas y con una red principal, permitiendo establecer una coordinación entre distintos agentes que intervienen en el sistema de distribución, tales como producción, consumo, protección y almacenamiento. With the structure that has been described, the device of the invention has the fundamental advantage that it allows an integral control of the corresponding installation of microproduction of electric energy with respect to its own operation and with respect to its integration with other similar installations and with a main network , allowing to establish a coordination between different agents involved in the distribution system, such as production, consumption, protection and storage.
Además, el dispositivo de la invención presenta la ventaja de facilitar mejoras en el rendimiento de la instalación de microproducción de energía y reducción en los tiempos necesarios para cambiar sus modos de funcionamiento. In addition, the device of the invention has the advantage of facilitating improvements in the performance of the energy microproduction installation and reduction in the time required to change its operating modes.
Otra ventaja del dispositivo de la invención consiste en que permite una relación entre la instalación de microgeneración de energía eléctrica y el resto de la red que no se reduce a una simple conexión-desconexión de la instalación, sino que posibilita la toma de decisiones localmente condicionadas por información externa, sin estar supeditada a la misma y permitiendo variar diversos parámetros en las transferencias de energía. Además, mediante las estrategias de control en conexión a red y en sistema aislado se facilita una flexibilidad que no requiere cambios importantes en el dispositivo por basarse en cambios en las señales sensadas. Another advantage of the device of the invention is that it allows a relationship between the installation of microgeneration of electrical energy and the rest of the network that is not reduced to a simple connection-disconnection of the installation, but rather makes it possible to make locally conditioned decisions for external information, without being subject to it and allowing varying parameters in energy transfers. In addition, through the control strategies in network connection and in an isolated system, flexibility is facilitated that does not require significant changes in the device, based on changes in the sensed signals.
A continuación, para facilitar una mejor comprensión de esta memoria descriptiva y formando parte integrante de la misma, se acompañan unas figuras en las que con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado el objeto de la invención. Next, in order to facilitate a better understanding of this specification and as an integral part thereof, some figures are attached in which the object of the invention has been shown as an illustrative and non-limiting nature.
Breve descripción de las figuras Brief description of the fi gures
Figura 1.-Representa un diagrama de bloques funcionales del entorno de aplicación de un dispositivo de generación integral de microproducción de energía eléctrica realizado según la presente invención. Figure 1.- Represents a functional block diagram of the application environment of a device for integral generation of microproduction of electric energy made according to the present invention.
Figura 2. -Representa un diagrama de bloques funcionales del propio dispositivo de gestión referido en la anterior figura 1. Figure 2.- Represents a functional block diagram of the management device itself referred to in the previous figure 1.
Figura 3.-Representa esquemáticamente al dispositivo y entorno de aplicación correspondiente de las anteriores figuras, con un mayor detalle respecto a sus elementos físicos, circuítería y conexionado. Figure 3.- Schematically represents the device and corresponding application environment of the previous figures, in greater detail regarding its physical, circuitry and connection elements.
Descripción de un ejemplo de realización de la invención Description of an embodiment of the invention
Seguidamente se realiza una descripción de un ejemplo de la invención haciendo referencia a la numeración adoptada en las figuras. Next, a description of an example of the invention is made with reference to the numbering adopted in the figures.
Así, el dispositivo de gestión 1 del presente ejemplo se aplica a una instalación de microgeneración de energía eléctrica 2 que cuenta básicamente con un microgenerador 6 un convertidor DC/DC 7 y un inversor DC/AC 8, tal y como puede apreciarse en la figura 1. Thus, the management device 1 of the present example is applied to an electric power microgeneration installation 2 which basically has a microgenerator 6, a DC / DC converter 7 and a DC / AC inverter 8, as can be seen in the figure. one.
La instalación 2 conecta con un dispositivo de interconexión 3 basado en contactores, interruptores o una combinación de ambos. Este dispositivo de interconexión 3 conecta con una red eléctrica principal 5 y con una microrred 4 formada por una pluralidad de instalaciones de microgeneración de energía análogas a la descrita, según se aprecia también en la referida figura 1. Installation 2 connects to an interconnection device 3 based on contactors, switches or a combination of both. This interconnection device 3 connects to a main power network 5 and to a micro network 4 formed by a plurality of energy microgeneration installations similar to that described, as can also be seen in the aforementioned figure 1.
El microgenerador 6 consistirá normalmente en paneles solares, molinos eólicos o cualquier otro elemento de microgeneración de energía eléctrica. Microgenerator 6 will normally consist of solar panels, windmills or any other element of microgeneration of electrical energy.
Según se aprecia en la figura 1, el dispositivo de gestión 1 del presente ejemplo presenta conectividad con todos los elementos de la instalación 2, así como con la red 5, la microrred4yel dispositivo de interconexión 3. Ello permite integrar en un solo dispositivo el control de todos los elementos de la instalación 2 y un control sobre operaciones del dispositivo de interconexión 3 que se comanda mediante un gestor global de red. Así, las consignas de generación de energía se establecen interna y externamente de manera coordinada, en función de los intereses del propietario de la instalación 2 y de las necesidades de la red 5, y de manera que la actuación sobre el dispositivo de interconexión 3 no se limita a la conexión/desconexión de la instalación 2, sino que incluye la regulación de parámetros tales como potencia de salida, corrección de factor de potencia, calidad de suministro y otros. As can be seen in Figure 1, the management device 1 of the present example shows connectivity with all the elements of the installation 2, as well as with the network 5, the micro-network 4 and the interconnection device 3. This allows the control to be integrated into a single device of all the elements of the installation 2 and a control over operations of the interconnection device 3 that is commanded by means of a global network manager. Thus, the power generation setpoints are established internally and externally in a coordinated manner, depending on the interests of the owner of the installation 2 and the needs of the network 5, and so that the action on the interconnection device 3 does not It is limited to the connection / disconnection of installation 2, but includes the regulation of parameters such as output power, power factor correction, supply quality and others.
En la figura 2 puede verse la estructura de bloques funcionales del dispositivo de gestión 1 del presente ejemplo, la cual se realiza mediante un módulo de medidas de sensores analógicos 9 que conecta con un primer módulo procesador de señales digitales DSP 10 y con un módulo de alarmas 13. Este módulo de alarmas 13 conecta a su vez con un segundo módulo procesador de señales digitales DSP 12 que se encuentra unido a un módulo de entradas y salidas digitales de señales para electrónica de potencia 11, estando conectado además este módulo 11 con el módulo de alarmas 13. Por otra parte el segundo módulo procesador 12 conecta con un módulo interface 14 con estructura jerárquica de gestión de red, mientras que los dos módulos procesadores DSP 10 y 12 se encuentran inteconectados a través de un módulo de comunicación 15. In Figure 2, the functional block structure of the management device 1 of the present example can be seen, which is carried out by means of an analog sensor measurement module 9 that connects to a first DSP digital signal processor module 10 and to a data module. alarms 13. This alarm module 13 in turn connects to a second DSP digital signal processor module 12 which is connected to a digital signal input and output module for power electronics 11, this module 11 being also connected to the alarm module 13. On the other hand, the second processor module 12 connects to an interface module 14 with hierarchical network management structure, while the two DSP processor modules 10 and 12 are interconnected through a communication module 15.
Según puede apreciarse en la figura 3, los referidos módulos 9 a 15 del dispositivo de gestión 1 se pueden estructurar a nivel de circuitería en un bloque correspondiente al primer módulo procesador de DSP 10, un bloque correspondiente al segundo módulo procesador DSP 12, un bloque correspondiente al referido módulo interface 14 que se conecte con un gestor de red coordinada 18 externo al dispositivo de gestión 1, un bloque de circuitería de control, generación y almacenamiento de energía 17 que conecta mediante señales de control y mando con la instalación de microgeneración de energía 2, y un bloque de circuitería de control del inversor y de conexiones a red y a microrred 16 que mediante señales de control y mando conecta además de con la referida instalación 2 con el dispositivo de interconexión 3. As can be seen in Figure 3, the aforementioned modules 9 to 15 of the management device 1 can be structured at the circuit level in a block corresponding to the first DSP processor module 10, a block corresponding to the second DSP processor module 12, a block corresponding to the aforementioned interface module 14 that is connected with a coordinated network manager 18 external to the management device 1, a block of energy control, generation and storage circuitry 17 that connects via control and command signals to the microgeneration installation of energy 2, and a control circuit block of the inverter and network and micro-network connections 16 which, in addition to the said installation 2, connect with the said installation 2 with the interconnection device 3.
Además, en esta figura 3 se ve un mayor detalle de los elementos físicos que componen la instalación 2, así como la conectividad de los mismos con el dispositivo de gestión 1. In addition, this figure 3 shows a greater detail of the physical elements that make up the installation 2, as well as their connectivity with the management device 1.
En el presente ejemplo, el módulo interface 14 incluye un analizador integral de estado de la red que controla parámetros de calidad de onda y se encarga de estimar la producción local y la demanda aguas abajo de la microproducción, así como la capacidad de almacenamiento de energía. In the present example, the interface module 14 includes an integral network state analyzer that controls wave quality parameters and is responsible for estimating local production and downstream demand of microproduction, as well as energy storage capacity .
Por otra parte, en el presente ejemplo el bloque de circuitería de control del inversor y de conexiones a red y a microrred 16 de la figura 3 cuenta con algoritmos de control vectorial del inversor 8, de manera que con conexión a red se ejerce un control vectorial utilizando tres lazos de control y sin conexión a red se ejerce un control vectorial utilizando cuatro lazos de control. On the other hand, in the present example the control circuitry block of the inverter and network and micro-network connections 16 of Figure 3 has vector control algorithms of the inverter 8, so that a vector control is exercised with network connection using three control loops and without network connection a vector control is exercised using four control loops.
El dispositivo de gestión 1 del presente ejemplo permite los siguientes tipos de operación: -Generador exportando a red toda la potencia generada con cargas aguas abajo desconectadas. -Generador trabajando en paralelo con la red principal alimentando en paralelo a los consumos aguas abajo. -Generador alimentando en isla a los consumos de aguas abajo. -Generador cargando los sistemas de almacenamiento. -Almacenamiento exportando a la red la energía acumulada. -Almacenamiento alimentando en isla a los consumos aguas abajo. -Generador desconectado. The management device 1 of the present example allows the following types of operation: -Generator exporting to the network all the power generated with downstream loads disconnected. -Generator working in parallel with the main network feeding parallel to downstream consumption. -Generator feeding on the island the consumption of downstream. -Generator loading storage systems. -Storage by exporting accumulated energy to the network. -Storage feeding on the island to downstream consumption. -Generator disconnected.
Para ello, recibe dos tipos de datos: To do this, it receives two types of data:
- --
- Medidas de tensión e intensidad en varios puntos internos de la instalación de generación y del punto de conexión a la red, en base a los cuales se determina la estrategia de control interna. Voltage and intensity measurements at various internal points of the generation facility and the network connection point, based on which the internal control strategy is determined.
- --
- Datos de estado de la red coordinada y meteorológicos de la zona, que permiten, o bien modificar consignas de la anterior estrategia de control o bien supeditar la misma a la propuesta desde el exterior. Status data of the coordinated network and meteorological networks of the area, which allow either to modify the instructions of the previous control strategy or to make it subject to the proposal from the outside.
En función de los datos recibidos, la programación implementada en el dispositivo de gestión 1 realiza las siguientes operaciones: -Estimación de la capacidad de producción de energía a corto plazo. -Estimación del consumo a corto plazo. -Estimación del estado de carga de los acumuladores. -Estimación del estado de la red externa. -Análisis del estado de las alarmas. -Toma de decisiones sobre el tipo de operación óptimo entre los siete descritos anteriormente. -Control del conversor DC/DC o del regulador, según modo de operación. -Control del inversor DC/AC, según el modo de operación. Depending on the data received, the programming implemented in the management device 1 performs the following operations: -Estimation of short-term energy production capacity. - Estimate of short-term consumption. -Estimation of the state of charge of the accumulators. -Estimation of the state of the external network. -Analysis of alarm status. -Make decisions on the type of optimal operation among the seven described above. -Control of the DC / DC converter or regulator, depending on the mode of operation. -Control of the DC / AC inverter, depending on the mode of operation.
Por otra parte, el dispositivo de gestión 1 del presente ejemplo emite tres tipos de datos: -Señales de PWM para la electrónica de potencia. -Señales de mando para configurar tanto la estructura interna de la instalación como la conexión a la red y On the other hand, the management device 1 of the present example issues three types of data: - PWM signals for power electronics. -Control signals to configure both the internal structure of the installation and the connection to the network and
a los consumos susceptibles de ser alimentados en isla. -Señales de estado internas para el gestor de la red. to the consumables susceptible of being fed in island. -Internal status signals for the network manager.
Claims (10)
- 2. 2.
- Dispositivo de gestión integral de microproducción de energía eléctrica, según la reivindicación 1, caracterizado porque ese control sobre operaciones del dispositivo de interconexión (3) mediante el dispositivo de gestión (1) cuenta con medios de bloqueo de órdenes del gestor global de red, en función de parámetros de la instalación de microgeneración (2) tales como capacidad de generación, nivel de consumo aguas abajo del microgenerador (6), energía almacenada, calidad de suministro y seguridad eléctrica. Integral management device for microproduction of electric energy, according to claim 1, characterized in that said control over operations of the interconnection device (3) by means of the management device (1) has means for blocking orders from the global network manager, in function of parameters of the microgeneration installation (2) such as generation capacity, consumption level downstream of the microgenerator (6), stored energy, supply quality and electrical safety.
- 3. 3.
- Dispositivo de gestión integral de microproducción de energía eléctrica, según la reivindicación 1, caracterizado porque la actuación coordinada de esos dos sistemas de decisión comprende a una señal de conexión/desconexión de la instalación de microgeneración (2) de la red (5), incluyendo adicionalmente dicha actuación una regulación de parámetros tales como potencia de salida, corrección de factor de potencia, calidad de suministro, y operación en isla en función de la estimación de generación y consumo. Device for the integral management of microproduction of electric energy, according to claim 1, characterized in that the coordinated action of these two decision systems comprises a signal for connecting / disconnecting the microgeneration installation (2) of the network (5), including additionally said action is a regulation of parameters such as output power, power factor correction, supply quality, and island operation based on the generation and consumption estimate.
- 4. Four.
- Dispositivo de gestión integral de microproducción de energía eléctrica, según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho dispositivo de gestión (1) presenta un estructura de bloques funcionales consistente en un módulo de medidas de sensores analógicos (9) unido a un primer módulo procesador de señales digitales DSP (10) ya un módulo de alarmas (13) que además conecta con un segundo módulo procesador de señales digitales DSP (12) unido a un módulo de entrada y salidas digitales y de señales para electrónica de potencia (11) que también conecta con el módulo de alarmas (13); conectando además este segundo módulo procesador (12) con un módulo interface (14) con estructura jerárquica de gestión de red; estando interconectados los dos módulos procesadores DSP (10, 12) mediante un módulo de comunicación (15). Integral management device for electric power microproduction according to claim 1, characterized in that said management device (1) has a functional block structure consisting of an analog sensor measurement module (9) connected to a first signal processor module digital DSP (10) and an alarm module (13) that also connects to a second DSP digital signal processor module (12) connected to a digital input and output module and signals for power electronics (11) that also connects with the alarm module (13); connecting this second processor module (12) with an interface module (14) with hierarchical network management structure; the two DSP processor modules (10, 12) being interconnected by means of a communication module (15).
- 5. 5.
- Dispositivo de gestión integral de microproducción de energía eléctrica, según la reivindicación 4, caracterizado porque dichos módulos (9 a 15) del dispositivo de gestión (1) a nivel de circuitería tienen una arquitectura consistente en un bloque correspondiente al primer módulo procesador DSP (10), un bloque correspondiente al segundo módulo procesador DSP (12), un bloque correspondiente al referido módulo interface (14) que conecte con un gestor de red coordinada (18) externo al dispositivo de gestión (1), un bloque de circuitería de control, generación y almacenamiento de energía (17) que conecta mediante señales de control y mando con la instalación de microgeneración de energía (2), y un bloque de circuitería de control del inversor y de conexiones a red y a microrred (16) que mediante señales de control y mando conecta además de con la referida instalación (2) con el dispositivo de interconexión (3). Integral management device for microproduction of electric energy, according to claim 4, characterized in that said modules (9 to 15) of the management device (1) at the circuit level have an architecture consisting of a block corresponding to the first DSP processor module (10 ), a block corresponding to the second DSP processor module (12), a block corresponding to the aforementioned interface module (14) that connects with a coordinated network manager (18) external to the management device (1), a control circuitry block , generation and storage of energy (17) that connects by means of control and command signals with the installation of microgeneration of energy (2), and a block of control circuitry of the inverter and connections to network and to microrred (16) that by means of signals of control and command connects in addition to the aforementioned installation (2) with the interconnection device (3).
- 6. 6.
- Dispositivo de gestión integral de microproducción de energía eléctrica, según la reivindicación 4 ó 5, caracterizado porque dicho módulo de interface (14) incluye un analizador integral de estado de la red que además de controlar parámetros de calidad de onda, también se encarga de estimar tanto la producción local como la demanda aguas abajo de la microproducción y la capacidad de almacenamiento de energía de la instalación (2); facilitando una elección autónoma del modo de operación que permite instantáneamente reconfigurar la topología de la instalación para cambiar su funcionalidad; empleándose un algoritmo de toma de decisión basado en lógica borrosa para priorizar los modos de operación; de manera que dicho algoritmo permite establecer un ranking en función del cual se establece el modo de operación en las transiciones entre los modos de operación, en función de información interna y del resto de la red, según los parámetros proporcionados por dicho analizador integral del estado de la red, según el sistema de alarmas interno de la microproducción y según consignas externas. Device for the integral management of microproduction of electric energy, according to claim 4 or 5, characterized in that said interface module (14) includes an integral network state analyzer that, in addition to controlling wave quality parameters, is also responsible for estimating both local production and demand downstream of microproduction and the energy storage capacity of the installation (2); facilitating an autonomous choice of the mode of operation that allows instantaneously reconfiguring the installation topology to change its functionality; using a decision algorithm based on fuzzy logic to prioritize the modes of operation; so that said algorithm allows to establish a ranking based on which the mode of operation is established in the transitions between the modes of operation, based on internal information and the rest of the network, according to the parameters provided by said integral state analyzer of the network, according to the internal alarm system of the microproduction and according to external instructions.
- 7. 7.
- Dispositivo de gestión integral de microproducción de energía eléctrica, según la reivindicación 5, caracterizado porque dicho bloque de circuitería de control del inversor y de conexiones a red y a microrred (16) cuenta con algoritmos de control vectorial del inversor DC/AC (8), de manera que con conexión a red se ejerce un control vectorial utilizando tres lazos de control y sin conexión a red se ejerce un control vectorial utilizando cuatro lazos de control. Device for the integral management of microproduction of electric energy, according to claim 5, characterized in that said inverter control circuitry and grid and microrred connections block (16) have DC / AC inverter vector control algorithms (8), so that with a network connection a vector control is exercised using three control loops and without a network connection a vector control is exercised using four control loops.
- 8. 8.
- Dispositivo de gestión integral de microproducción de energía eléctrica, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el dispositivo de gestión (1) recibe dos tipos de datos correspondientes Integral management device for microproduction of electric energy, according to any one of the preceding claims, characterized in that the management device (1) receives two corresponding types of data
- --
- medidas de tensión e intensidad en varios puntos internos de la instalación de generación (2) y del punto de conexión a la red, en base a los cuales se determina la estrategia de control interna; y voltage and intensity measurements at various internal points of the generation installation (2) and the network connection point, based on which the internal control strategy is determined; Y
- --
- datos de estado de la red principal (5), microrred (4) y metereológicos de la zona, que permiten o bien modificar consignas de la referida estrategia de control o bien supeditar la misma a una propuesta desde el exterior; status data of the main network (5), microrred (4) and meteorological zones of the area, which allow either to modify instructions of the referred control strategy or to subject it to a proposal from the outside;
- Categoría Category
- Documentos citados Reivindicaciones afectadas Documents cited Claims Affected
- X X
- WO 2008138016 A1 (AMERICAN POWER CONV CORP et al.) 13.11.2008, 1-9 WO 2008138016 A1 (AMERICAN POWER CONV CORP et al.) 13.11.2008, 1-9
- párrafos [0035-0037],[0050-0062]; figuras 1-9B. paragraphs [0035-0037], [0050-0062]; Figures 1-9B.
- A TO
- US 2007246943 A1 (CHANG LIUCHEN et al.) 25.10.2007, párrafos [0060-0065]; figuras. 1-5,8-9 US 2007246943 A1 (CHANG LIUCHEN et al.) 25.10.2007, paragraphs [0060-0065]; figures. 1-5.8-9
- A TO
- EP 0495590 A2 (HITACHI LTD) 22.07.1992, resumen; figuras. 6 EP 0495590 A2 (HITACHI LTD) 22.07.1992, summary; figures. 6
- A TO
- WO 9718385 A2 (SIEMENS AG et al.) 22.05.1997, resumen; figuras. 6 WO 9718385 A2 (SIEMENS AG et al.) 22.05.1997, summary; figures. 6
- A TO
- EP 2040371 A1 (MITSUBISHI ELECTRIC CORP) 25.03.2009, todo el documento. 7 EP 2040371 A1 (MITSUBISHI ELECTRIC CORP) 25.03.2009, the whole document. 7
- Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud Category of the documents cited X: of particular relevance Y: of particular relevance combined with other / s of the same category A: reflects the state of the art O: refers to unwritten disclosure P: published between the priority date and the date of priority submission of the application E: previous document, but published after the date of submission of the application
- El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones • para las reivindicaciones nº: This report has been prepared • for all claims • for claims no:
- Fecha de realización del informe 30.03.2011 Date of realization of the report 30.03.2011
- Examinador J. Calvo Herrando Página 1/5 Examiner J. Calvo Herrando Page 1/5
- Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986) Novelty (Art. 6.1 LP 11/1986)
- Reivindicaciones Reivindicaciones 1-9 SI NO Claims Claims 1-9 IF NOT
- Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986) Inventive activity (Art. 8.1 LP11 / 1986)
- Reivindicaciones Reivindicaciones 1-9 SI NO Claims Claims 1-9 IF NOT
- Documento Document
- Número Publicación o Identificación Fecha Publicación Publication or Identification Number publication date
- D01 D01
- WO 2008138016 A1 (AMERICAN POWER CONV CORP et al.) 13.11.2008 WO 2008138016 A1 (AMERICAN POWER CONV CORP et al.) 13.11.2008
- D02 D02
- US 2007246943 A1 (CHANG LIUCHEN et al.) 25.10.2007 US 2007246943 A1 (CHANG LIUCHEN et al.) 10.25.2007
- D03 D03
- EP 0495590 A2 (HITACHI LTD) 22.07.1992 EP 0495590 A2 (HITACHI LTD) 22.07.1992
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- WO 9718385 A2 (SIEMENS AG et al.) 22.05.1997 WO 9718385 A2 (SIEMENS AG et al.) 05/22/1997
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2009
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