ES2535059A1

ES2535059A1 - Método y sistema para controlar un suministro de potencia eléctrica a una carga

Info

Publication number: ES2535059A1
Application number: ES201331603A
Authority: ES
Inventors: Ramón TROY FERRARONS
Original assignee: CONTROL TECH IBERIA S A; Control Techniques Iberia SA
Current assignee: Nidec Control Techniques Ltd
Priority date: 2013-10-31
Filing date: 2013-10-31
Publication date: 2015-05-04
Anticipated expiration: 2033-10-31
Also published as: CN204304461U; IN2014MU03397A; CN104600741A; US20150115714A1; GB2519823A; GB2519823B; BR102014026992A2; GB201403439D0; ES2535059B1

Abstract

Un método y sistema para controlar un suministro de potencia eléctrica a una carga, en donde dicha carga tiene un umbral de potencia asociado, una primera fuente de energía eléctrica genera una primera cantidad de potencia para suministrar a la carga, en donde dicha primera fuente de energía eléctrica comprende una fuente renovable; se compara la primera cantidad de potencia generada por la primera fuente de energía eléctrica con el umbral asociado de potencia con la carga; como resultado de dicha comparación, se determina si para suministrar potencia a la carga desde la primera fuente de energía y además se determina también si se ha de suministrar una segunda cantidad de potencia a la carga desde una segunda fuente de energía eléctrica diferente; si se determina que debe utilizarse la segunda fuente de energía eléctrica para suministrar una segunda cantidad de potencia a la carga, se controla una salida de la segunda fuente de energía eléctrica de modo que la cantidad combinada de la potencia suministrada a la carga desde la primera y la segunda fuente de energía eléctrica cumple con el umbral de potencia asociada a la carga.

Description

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P201331603 01-07-2014

DESCRIPCIÓN

Método y sistema para controlar un suministro de potencia eléctrica a una carga

Campo

La descripción está relacionada con un método y un sistema para alimentar una carga, preferiblemente una carga de CA, en la que la potencia puede proporcionarse a la carga mediante fuentes de tensión de CC y de CA. La carga de CA puede ser por ejemplo un motor de CA para una bomba de agua o un compresor.

Antecedentes

En muchas aplicaciones se utiliza una red de distribución de CA como la principal fuente de electricidad. Los costes asociados con la obtención de electricidad desde la red para las aplicaciones de potencia pueden ser significativos y el precio de la electricidad típicamente aumenta cada mes. Como resultado, muchos consumidores programan el uso de sus aplicaciones de modo que coincidan con las franjas horarias en las que el coste de obtener electricidad de la red es el mínimo. Las centrales eléctricas que suministran electricidad
usualmente mantienen una producción constante, ya que no es deseable aumentar o reducir la producción de electricidad. La mayoría de aplicaciones de alta potencia, por ejemplo las fábricas, no se ponen a funcionar durante la noche por razones prácticas, y por lo tanto el precio que cargan las empresas de electricidad para el suministro de electricidad desde la red durante la noche es usualmente más bajo. Debido al alto coste resultante de la electricidad durante el día, muchas aplicaciones de alta potencia se ven forzadas a funcionar sólo durante un tiempo limitado durante el día (por ejemplo 8 horas o menos). Sin embargo, las aplicaciones de alta potencia que no necesitan funcionar durante el día, tal como las bombas de agricultura para las que el momento no es importante, a menudo se hacen funcionar durante la noche para ahorrar costes.

La electricidad de CC producida por las distribuciones fotovoltaicas (FV) asociadas con inversores se puede vender a las empresas de energía eléctrica al ser “inyectada” en la red de distribución de CA. Sin embargo, las empresas de energía eléctrica son a menudo reacias a comprar energía de otras fuentes o a permitir las inyecciones en la red de CA, y por lo tanto el uso de la energía fotovoltaica de esta manera tal vez no sea posible en la práctica. En vez de vender energía a las empresas de energía eléctrica, una posible solución teórica para los productores de electricidad de CC a partir de distribuciones de paneles fotovoltaicos es utilizar la red de CA sólo como un bus temporal, y luego tratar de

conseguir un neto de 0 V entre la corriente consumida y la corriente inyectada en la red de distribución de CA. Sin embargo las empresas de energía eléctricas a menudo no permiten este planteamiento.

Los sistemas conocidos simplemente utilizan la energía de la red de CA o utilizan fuentes de energía renovable, tal como distribuciones de paneles fotovoltaicos para “inyectar” energía a la red de CA, y luego cogen energía de la red de CA.

Existe el deseo de una manera más eficiente y rentable de gestionar la energía tanto de las fuentes renovables como de la red.

En las reivindicaciones se expone una invención.

Según un primer aspecto, se proporciona un método para controlar un suministro de potencia eléctrica a una carga, en donde dicha carga tiene un umbral de potencia asociado. El método comprende: utilizar una primera fuente de energía eléctrica para generar una primera cantidad de potencia para suministrar a la carga, en donde dicha primera fuente de energía eléctrica comprende una fuente renovable; comparar la primera cantidad de potencia generada por la primera fuente de energía eléctrica con el umbral de potencia asociado con la carga; como resultado de dicha comparación, determinar si para suministrar potencia a la carga desde la primera fuente de energía y además determinar si se ha de suministrar una segunda cantidad de potencia a la carga de una segunda fuente de energía eléctrica diferente; si se determina que la segunda fuente de energía eléctrica debe utilizar para suministrar una segunda cantidad de potencia a la carga, controlar una salida de la segunda fuente de energía eléctrica de modo que la cantidad combinada de la potencia suministrada a la carga desde la primera y la segunda fuente de energía eléctrica cumple con el umbral de potencia asociado a la carga.

El método también puede comprender la etapa de controlar una salida de la primera fuente de energía eléctrica de modo que la primera cantidad de potencia generada por la primera fuente de energía eléctrica sea máxima.

La primera cantidad de potencia generada por la primera fuente de energía eléctrica puede maximizarse utilizando un seguimiento del punto de potencia máxima (MPPT, Maximum Power Point Tracking).

El método puede incluir además la etapa de controlar, cuando la etapa de comparación indica que existe un déficit entre la primera cantidad de potencia generada por la primera fuente de energía eléctrica para suministrar a la carga y el umbral de potencia asociado con la carga, una salida de la segunda fuente de energía eléctrica de modo que la segunda cantidad de potencia generada por la segunda fuente de energía eléctrica esté lo más cerca posible de dicho déficit.

La segunda fuente de energía eléctrica puede disponerse para suministrar potencia eléctrica con una tensión substancialmente constante y el método puede comprender además controlar un nivel de corriente para la segunda fuente de energía eléctrica con el fin de controlar la segunda cantidad de potencia suministrada a la carga por la segunda fuente de energía eléctrica.

El umbral de potencia asociado con la carga puede comprender una cantidad de potencia requerida por la carga con el fin de conseguir un requisito operacional, y el requisito operacional puede comprender algo de lo siguiente: funcionar a una velocidad predeterminada, funcionar con un par predeterminado, funcionar para conseguir un volumen

o altura predeterminados de fluido.

El umbral de potencia asociado con la carga puede representarse por un umbral de tensión de un bus o accionamiento.

El accionamiento puede comprender el bus conectado eléctricamente a un inversor.

El inversor o el accionamiento se pueden configurar para tener una baja tensión de salida de CA, por ejemplo 400 VCA.

El inversor o el accionamiento se pueden configurar para tener una tensión de salida de CA inferior al requerido por la carga.

La carga puede ser una carga de alta tensión, por ejemplo una carga con una tensión de funcionamiento de 1.000 VCA.

La segunda fuente de energía eléctrica se puede disponer para tener una salida a unos primeros medios de conversión de tensión antes de que la segunda fuente de energía eléctrica saque potencia para el bus o el accionamiento.

El inversor o el accionamiento se pueden disponer para tener salida a unos segundos medios de conversión de tensión antes de que el inversor o el accionamiento saquen potencia para la carga.

Se puede adaptar un ordenador, procesador o controlador con el fin de realizar el método para controlar el suministro de potencia eléctrica a una carga, y se puede proporcionar un soporte legible por ordenador que tenga instrucciones ejecutables por ordenador adaptadas para hacer que un sistema informático realice el método.

Según un segundo aspecto, se proporciona un sistema para controlar un suministro de potencia eléctrica a una carga, en donde dicha carga tiene un umbral de potencia asociado. El sistema comprende: una primera fuente de energía eléctrica dispuesta para generar una primera cantidad de potencia para suministrar a la carga, en donde dicha primera fuente de energía eléctrica comprende una fuente renovable; unos medios para comparar la primera cantidad de potencia generada por la primera fuente de energía eléctrica con el umbral de potencia asociado con la carga; unos medios para determinar, como resultado de dicha comparación, si para suministrar potencia a la carga desde la primera fuente de energía y unos medios para determinar además si se ha de suministrar una segunda cantidad de potencia a la carga desde una segunda fuente de energía eléctrica diferente; unos medios para controlar una salida de la segunda fuente de energía eléctrica de modo que, si se determina que debe utilizarse la segunda fuente de energía eléctrica para suministrar una segunda cantidad de potencia a la carga, la cantidad combinada de potencia suministrada a la carga desde la primera y la segunda fuente de energía eléctrica cumple con el umbral de potencia asociado con la carga.

El sistema puede comprender además unos primeros medios de conversión de tensión, en donde la segunda fuente de energía eléctrica se dispone para tener salida a los primeros medios de conversión de tensión antes de que de la segunda fuente de energía eléctrica saque potencia para el bus o el accionamiento.

El sistema puede comprender además unos segundos medios de conversión de tensión, en donde el bus o el accionamiento se disponen para la salida a los segundos medios de conversión de tensión antes de que el bus o el accionamiento saque potencia para la carga.

Los primeros medios de conversión de tensión pueden ser un transformador, y los segundos medios de conversión de tensión también pueden ser un transformador.

Listado de figuras

Ahora se describirán unas realizaciones, solo a modo de ejemplo, con respecto a las figuras adjuntas, en las que:

La Figura 1 muestra un diagrama de bloques de un sistema conocido para alimentar una carga de CA.

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La Figura 2 muestra un diagrama de bloques de una primera realización de un sistema mejorado para alimentar una carga de CA.

La Figura 3 muestra un diagrama de bloques de una segunda realización de un sistema mejorado para alimentar múltiples cargas de CA.

Descripción detallada

La Figura 1 muestra un ejemplo de un sistema conocido. Una distribución fotovoltaica 102 es una distribución estándar de células fotovoltaicas que convierten la energía solar en una salida eléctrica. La energía eléctrica producida por la distribución fotovoltaica 102 se proporciona a un convertidor CC-CC 104. El convertidor CC-CC 104 sirve para dos funciones: la primera es aumentar o disminuir la tensión de CC a un nivel apropiado para la carga; la segunda es realizar el seguimiento de punto de potencia máxima (MPPT), que convencionalmente se puede conseguir mediante el muestreo de la salida de la distribución fotovoltaica 102 y la obtención de una potencia máxima de salida mediante la regulación de la tensión de salida y de corriente desde la distribución fotovoltaica 102. El MPPT por lo tanto tiene en cuenta las condiciones ambientales a las que está sometida la distribución fotovoltaica 102, y pretende hacer que la distribución fotovoltaica 102 sea lo más eficiente posible a la vista de estas condiciones, maximizando de ese modo la potencia de salida en consecuencia.

La tensión de salida de CC del convertidor CC-CC 104 se suministra a un inversor de CC-CA 106 para convertir la tensión de CC recibido en tensión de CA de salida. La tensión de CA de salida desde el inversor CC-CA 106 se proporciona para alimentar una carga de CA

108. El sistema de la Figura 1 es por lo tanto capaz de encauzar la energía solar utilizando la distribución fotovoltaica 102, y utiliza esa energía encauzada para alimentar una carga de CA 108. Este sistema es rentable para aplicaciones de menor potencia, por ejemplo cargas de CA con una tensión de funcionamiento de menos de 690 V. Una carga típica de CA para el sistema de la Figura 1 tiene una tensión de funcionamiento de 400 V.

En esta memoria se describe un sistema y un método mejorados para proporcionar potencia eléctrica a una carga. Ahora se describirá una primera realización a modo de ejemplo, en relación con la Figura 2. En esta realización, una distribución fotovoltaica (distribución FV) 202 convierte la energía solar en una tensión de salida de CC. La tensión de salida de CC de la distribución FV 202 se introduce en un bus de corriente continua (DC bus) 210 a través de un filtro de CC 208.

La tensión de salida de CC desde el bus de corriente continua 210 se proporciona a un inversor 212 que convierte esta tensión de entrada de CC en una tensión de salida de CA. El inversor 212 comprende un software de inversor que incluye software de seguimiento de punto de potencia máxima (MPPT), con el fin de maximizar la potencia proporcionada por la distribución fotovoltaica 202. El MPPT tiene en cuenta los efectos de las condiciones ambientales fluctuantes en la capacidad de las células de la distribución FV 202 para producir potencia. Para cualquier conjunto de condiciones ambientales y de funcionamiento, habrá un solo punto en el que los valores de corriente (I) y de tensión (V) sean adecuados para producir la potencia máxima desde una célula. El MPPT persigue alterar los valores de I y V de la celda (o distribución) con el fin de conseguir la potencia máxima en todo momento, o por lo menos a intervalos regulares.

Como entenderá un experto en la técnica, para una célula o distribución fotovoltaica, tal como la distribución FV 202 de la figura 2, la máxima tensión de salida se consigue cuando la corriente consumida de la distribución FV 202 es 0 A, y por el contrario la corriente máxima se puede consumir de la distribución FV 202 cuando la tensión de salida es de 0 V. Por lo tanto, cuando la distribución FV 202 no está sacando su máxima tensión, la tensión de salida se puede aumentar al consumir menos corriente en la distribución FV 202. Por el contrario, la tensión de salida de la distribución FV 202 se puede reducir al consumir más corriente en la distribución FV 202. Con el fin de que el MPPT consiga una potencia máxima de salida de la distribución FV 202, se hace un equilibrio entre la tensión de salida y la corriente consumida. En la realización de la figura 2, el MPPT de la distribución FV 202 se monitoriza mediante la monitorización de la tensión de salida de la distribución FV 202. Dado que la tensión de salida de la distribución FV 202 se proporciona al bus de corriente continua 210, la tensión en el bus de corriente continua 210 es igual a la tensión de salida de la distribución FV 202 y por lo tanto la tensión de salida de la distribución FV 202 puede monitorizarse mediante la monitorización de la tensión en el bus de corriente continua 210.

Cuando la distribución FV 202 está funcionando en su punto de potencia máxima, la tensión de salida de la distribución FV 202 es la tensión del punto de potencia máxima, VMPPT. El valor de VMPPT cambia bajo diferentes condiciones ambientales. Dado que la tensión de salida de la distribución FV 202 varía dependiendo de la cantidad de corriente consumida por la distribución FV 202, el inversor puede mantener la salida de la distribución FV 202, y por lo tanto la tensión en el bus de corriente continua 210, para que sea igual a VMPPT mediante la variación de la cantidad de corriente consumida de la distribución FV 202. El MPPT en el inversor 212 por lo tanto maximiza la potencia de salida de la distribución FV

202.

En ausencia de fuentes de energía aparte de la distribución FV (que se comenta aún más a continuación), el inversor 212 puede controlar el funcionamiento de una carga, tal como una carga de CA 214, con el fin de controlar la cantidad de corriente consumida de la distribución FV 202. La carga de CA 214 puede ser un motor, un compresor u otras cargas que requieren una tensión de CA para funcionar. En el ejemplo de un motor, el inversor 212 aumenta la cantidad de corriente consumida de la distribución FV 202 mediante el aumento de la velocidad de rotación del motor. Por el contrario, el inversor 212 disminuye la cantidad de corriente consumida de la distribución FV 202 mediante la disminución de la velocidad de rotación del motor. Como se ha mencionado anteriormente, el aumento o la disminución de la corriente consumida de la distribución FV 202 provoca un aumento o disminución, respectivamente, en la tensión de salida de la distribución FV 202. Por lo tanto, el MPPT en el inversor 212 puede conseguir una potencia máxima de salida de la distribución FV 202, mediante el mantenimiento de la tensión en el bus de corriente continua 210 de modo que sea igual a VMPPT mediante el control del funcionamiento de la carga de CA 214 para equilibrar la cantidad de corriente consumida con la tensión de salida.

Como se ha mencionado anteriormente, en ausencia de otras fuentes de energía aparte de la distribución FV 202, la tensión en el bus de corriente continua 210 en la Figura 2 es igual a la tensión de salida de la distribución FV 202. Dado que la potencia eléctrica media es el cambio en el trabajo hecho en un período de tiempo determinado, la potencia eléctrica en el bus de corriente continua 210 usualmente no puede medirse de manera fiable, y en su lugar se monitoriza y se mide una tensión en el bus de corriente continua 210. Como se menciona con mayor detalle más adelante, la tensión en el bus de corriente continua 210 se puede comparar con una tensión mínimo necesario o umbral de tensión. Cuando la tensión en el bus de corriente continua 210 es igual que la tensión requerida, esto indica que la carga de CA 214 está recibiendo suficiente potencia (o energía) para funcionar en un estado óptimo o deseado.

El inversor 212 convierte la tensión de CC en el bus de corriente continua 210 en una tensión de salida de CA. La salida tensión de CA se proporciona a continuación a una carga de CA 214 a través de unos medios de conversión. El inversor 212 puede funcionar utilizando modulación de ancho de impulso (PWM) para controlar la velocidad de conmutación en el inversor 212, como entenderá un experto en la técnica. Típicamente, la PWM genera un ruido asociado y de alta frecuencia que no debería llegar a la distribución FV 202 por seguridad o por otras razones. En el sistema de la Figura 2, el filtro de CC 208 entre la distribución FV 202 y el bus de corriente continua 210 impide que dicho ruido llegue a la distribución FV 202. El filtro de CC 208 es un filtro de CC convencional que bloquea eficazmente el ruido de la PWM para que no llegue a la distribución FV 202. Para esta finalidad se puede utilizar cualquier tipo de filtro adecuado o el filtro se puede omitir.

La carga de CA 214 requiere una cierta cantidad de potencia (o energía) para funcionar de forma óptima. En el caso de un motor, por ejemplo, el funcionamiento óptimo se puede definir como la consecución de una velocidad deseada o la velocidad mínima deseada de rotación del motor. Como alternativa, el funcionamiento óptimo puede ser el que permite a la carga de CA funcionar a su mínima potencia de funcionamiento. En el caso de que la carga de CA sea una bomba de agua, la mínima potencia de funcionamiento puede ser la potencia que permite a la bomba de agua bombear agua a una altura o volumen particulares.

La mínima cantidad de potencia requerida en la carga de CA 214 establece un correspondiente nivel de “tensión requerida” en el bus de corriente continua 210. Cuando la carga de CA 214 está funcionando en un estado óptimo o requerido, la tensión en el bus de corriente continua 210 será mayor o igual a la tensión requerida. En algunos casos, la salida de la distribución FV 202 puede ser de tal manera que, cuando la distribución FV 202 está funcionando en su MPPT, la tensión de salida VMPPT de la distribución FV 202 (y por lo tanto la tensión en el bus de corriente continua 210) es mayor que la tensión requerida, indicando por lo tanto que la distribución FV 202 está produciendo más potencia que la potencia mínima que necesita la carga de CA 214 para permitir que la carga de CA 214 funcione de la manera deseada. En esta situación, la corriente consumida desde la carga de CA 214 se puede aumentar con el fin de bajar la tensión en el bus de corriente continua 210 de nuevo a la mínima tensión requerida. En el caso de que la carga de CA 214 sea una bomba, esto puede conseguirse mediante el aumento de la velocidad de la bomba.

En el caso de que la potencia proporcionada por la distribución FV 202, cuando funciona en su punto de potencia máxima, no sea suficiente para conseguir un funcionamiento óptimo o deseado de la carga de CA 214, hay tres opciones. La primera opción es no hacer funcionar la carga de CA 214, ya que la potencia de la distribución FV 202 no es suficiente para permitir que la carga de CA 214 funcione de forma óptima. La segunda opción es hacer funcionar la carga de CA 214 en un estado inferior al óptimo, que puede o no ser suficiente o aceptable para el sistema en su conjunto. La tercera opción consiste en añadir uno o más suministros adicionales al sistema con el fin de proporcionar potencia adicional para la carga de CA 214.

En la práctica, las condiciones ambientales, tales como una irradiancia variable, la temperatura y la hora del día pueden conducir a que la salida de la distribución FV 202 sea insuficiente para asegurar el funcionamiento óptimo o deseado de la carga de CA 214 en todo momento. En este caso, el usuario podría seguir la opción dos, como se ha establecido anteriormente, y por tanto el funcionamiento de la carga de CA 214 se puede ajustar por consiguiente de tal manera que la salida de la distribución fotovoltaica 202 sea suficiente para hacer funcionar la carga de CA 214 en un estado sub-óptimo. En el ejemplo de una bomba o un motor, este puede comprender el reducir la velocidad de rotación del motor o reducir la velocidad de la bomba.

A menudo, no es deseable hacer funcionar la carga de CA en un estado sub-óptimo. Por lo tanto, el usuario prefiere seguir la opción tres, de las anteriores, si es posible. Con el fin de conseguir un funcionamiento óptimo o deseado de la carga de CA en todo momento en el que la distribución FV 202 no es capaz de suministrar una salida suficiente, la potencia adicional se puede coger de otras fuentes. En la realización que se muestra en la Figura 2, esta potencia adicional es suministrada por una red de CA 204, que, en combinación con la salida de la distribución fotovoltaica 202, es capaz de proporcionar suficiente potencia para permitir un funcionamiento óptimo o deseado de la carga de CA 214. Cuando se elige la opción tres, se consideran los precios de la electricidad en ese momento del día que pueden ser o no aceptables para el usuario.

Cuando, en ausencia de otras fuentes de energía, la distribución FV 202 que funciona a su potencia máxima no es capaz de suministrar por sí misma suficiente potencia de salida para la carga de CA 214, la tensión en el bus de corriente continua 210 disminuye por debajo del nivel requerido. La disminución de tensión en el bus de corriente continua 210 por debajo de la tensión requerida indica al inversor 212 que se está proporcionando insuficiente potencia a la carga de CA 214 y, por lo tanto, se debe coger más potencia de otras fuentes de energía. En la figura 2 ésta otra fuente de energía es la red de CA 204. La red de CA 204 puede suministrar al bus de corriente continua 210 la potencia adicional necesaria para permitir un funcionamiento óptimo o deseado de la carga de CA 214. Un transformador de entrada 205 y un rectificador CA-CC controlado 206 conectan eléctricamente la red de CA 204 al bus de corriente continua 210. El rectificador CA-CC controlado 206 convierte la salida de CA de la red de CA 204 en una salida de CC. En la disposición de la Figura 2, esta salida de CC se puede introducir en el bus de corriente continua 210.

salida desde la distribución FV 202 desde la red de CA 204 al bus de corriente continua 210. Esto hace que la tensión en el bus de corriente continua 210 aumente hasta el nivel requerido, indicando al inversor 212 que la carga de CA 214 está recibiendo un suministro con suficiente potencia para conseguir un funcionamiento óptimo o deseado.

La red de CA 204 saca una tensión de CA que permanece bastante constante (típicamente unos 1.000 V para algunas cargas de CA), por lo tanto el límite de corriente en el rectificador CA-CC controlado 206 se controla de modo que de la red de CA 204 sólo coge la mínima potencia requerida. Al coger sólo la mínima cantidad de potencia de la red de CA 204, sólo se incurre en costes mínimos ya que la mayor parte de la potencia suministrada proviene de la distribución FV 202.

La limitación de corriente en el rectificador CA-CC controlado 206 se puede conseguir mediante tiristores como entenderá un experto en la técnica. El límite de corriente se controla de la siguiente manera: la carga de CA 214 necesita una cantidad de potencia predeterminada para permitir que la carga de CA 214 funcione en un nivel óptimo o requerido, que se representa por el nivel de tensión requerida en el bus de corriente continua 210. El sistema de la Figura 2 pretende obtener de la distribución FV 202 toda la potencia que necesita la carga de CA 214. Sin embargo, tal y como se describe anteriormente, en algunos momentos la distribución FV 202 tendrá que ser asistida por la red de CA 204. El inversor 212 determina la medida en que debe aumentarse el límite de corriente en el rectificador CA-CC 206 de modo que la potencia suministrada por la red de CA 204, en combinación con la potencia suministrada por la distribución FV 202, cumple con los requisitos de potencia de la carga de CA 214, y el límite de corriente en el rectificador CA-CC 206 se ajusta en consecuencia. Esto tiene como resultado un aumento dla tensión en el bus de corriente continua 210 - desde una tensión inferior hasta la tensión requerida una vez que se ha aumentado el suministro de potencia desde la red de CA 214. Este cambio de tensión en el bus de corriente continua 210 representa la potencia en la carga de CA 214 cambiando desde una potencia insuficiente a una potencia mínima suficiente para un funcionamiento óptimo o requerido.

Durante el funcionamiento del sistema de la Figura 2, la tensión en el bus de corriente continua 210 puede disminuir a menos de la tensión requerida incluso en presencia de fuentes de energía adicionales. Por ejemplo, la tensión en el bus de corriente continua 210 inicialmente puede ser igual a la tensión requerida pero, debido a las fluctuaciones en la salida de la distribución FV 202 como resultado de una irradiancia variable, la temperatura y la hora del día, la tensión en el bus de corriente continua 210 puede disminuir por debajo de la tensión requerida incluso cuando la distribución FV 202 y la red de CA 204 dan salida al bus de corriente continua 210. Según una realización, el nivel de tensión en el bus de corriente continua 210 es monitorizado por lo tanto regularmente y el límite de corriente en el rectificador CA-CC 206 es modificado con regularidad para proporcionar más o menos potencia desde la red de CA 204, según la tensión instantánea en el bus de corriente continua 210, de modo que la demanda de potencia de la carga de CA 214 puede cumplirse con el tiempo.

Por el contrario, la tensión en el bus de corriente continua 210 puede aumentar en un valor mayor que la tensión requerida cuando la distribución FV 202 y la red de CA 204 se utilizan a la vez como suministros. Por ejemplo, la distribución FV 202 puede estar funcionando en su punto de potencia máxima y trabajando junto con la red de CA de 204 para proporcionar inicialmente la mínima potencia requerida para la carga de CA 214. En este momento, el límite de corriente en el rectificador CA-CC controlado 206 se establece en un valor que permite a la red de CA 204 proporcionar suficiente potencia de tal manera que, junto con la potencia suministrada por la distribución FV 202, se cumplen los requisitos mínimos de potencia de la carga de CA 214. Debido a las fluctuaciones en la salida de la distribución FV 202 como se ha mencionado anteriormente, la salida de la distribución FV 202 puede aumentarse de tal manera que, cuando la distribución FV 202 está funcionando en su punto de potencia máxima junto con la red de CA 204, la carga de CA 214 recibe más potencia que la mínima potencia requerida.

En este escenario, una opción es que el inversor 212 ajuste el funcionamiento de la carga de CA 214 para que consuma más corriente de la distribución FV 202, bajando por lo tanto la tensión de salida de la distribución FV 202 y como resultado reduciendo la tensión en el bus de corriente continua 210. Esto significa que la salida de la distribución FV 202 ya no es igual a VMPPT, y por lo tanto la distribución FV 202 no está funcionando en su punto de potencia máxima. Este planteamiento usualmente no es lo deseado, sin embargo, ya que es probable que para que sea rentable ha de coger tanta potencia como sea posible de la distribución FV 202. Por lo tanto, un planteamiento más rentable es mantener la distribución FV 202 en su punto de su potencia máxima, y en cambio modificar el límite de corriente en el rectificador CA-CC controlado 206 con el fin de consumir menos potencia de la red de CA

204. En algunos casos, las fluctuaciones en la salida de la distribución FV 202 pueden ser de tal manera que ya no se necesita en absoluto la potencia desde la red de CA 204 y la distribución FV 202 por sí sola es capaz de suministrar suficiente potencia para hacer funcionar la carga de CA 218 en un estado óptimo. En este caso, el límite de corriente en el rectificador CA-CC 206 se reduciría a 0 A, de tal manera que la red de CA 204 no proporcione potencia. Al no coger potencia o la potencia mínima necesaria de la red de CA 204, se ahorran costes.

El MPPT se puede realizar de manera diferente cuando la carga de CA 214 recibe el suministro de la distribución FV 202 y la red de CA 204 a la vez. Cuando la carga de CA 214 sólo recibe el suministro de la distribución FV 202, el software de MPPT en el inversor 212 maximiza la potencia de salida de la distribución FV 202 mediante el control de la cantidad de corriente consumida por la carga de CA 214 de la distribución FV 202 con el fin de que la distribución FV 202 mantenga la tensión de salida para que sea igual a VMPPT, como se ha descrito anteriormente. Sin embargo, cuando la carga de CA 214 recibe el suministro de la distribución FV 202 y la red de CA 204, la tensión de salida de la distribución FV 202 puede mantenerse igual a VMPPT sin alterar el funcionamiento de la carga de CA 214; asegurando de ese modo que siempre se coge la potencia máxima de la distribución FV 202. En cambio, se puede suministrar corriente adicional a la carga de CA 214 mediante el control de la cantidad de corriente cogida de la red de CA 204 a través del rectificador CA-CC controlado

206. Por lo tanto, se puede consumir menos corriente de la distribución FV 202, lo que permitirá, por lo tanto, que la tensión de salida de la distribución FV 202 sea igual a VMPPT, y la red de CA 204 se puede preparar para la reducción de la corriente consumida si se hace que la distribución FV 202 proporcione más potencia a la carga de CA 214.

Por lo tanto, la carga de CA 214 puede funcionar de forma óptima en todo momento - y ser eficazmente “ciega” a las fluctuaciones en la potencia de salida de la distribución FV 202 mientras todavía se usa la potencia máxima posible, y conseguir de este modo la mejor eficiencia, desde la distribución FV 202.

Si no se desea o no es posible que la red de CA 204 proporcione más corriente por razones de coste u otras, aún se puede consumir más corriente de la distribución FV 202 cuando la distribución FV 202 y la red de CA 204 están suministrando a la carga de CA 214, mediante al control de la cantidad de corriente consumida por la carga de CA 214, como se ha descrito anteriormente.

Según una realización, se emplea un algoritmo para ajustar automáticamente el límite de corriente en el rectificador CA-CC 206 con el fin de mantener la tensión en el bus de corriente continua 210 para que esté tan cerca como sea posible de la tensión requerida. Este tipo de algoritmo puede tener como variables algunas o todas de las que se indican a continuación: la tensión real en el bus de corriente continua 210, la tensión requerida en el bus de corriente continua 210, la tensión de salida de la distribución FV 202, la potencia requerida por la carga de CA 214, el programa de costes de electricidad de la red de CA 204 y el límite de corriente y/o la tensión y la potencia en el rectificador CA-CC 206. El algoritmo puede ser empleado por un software que se ejecuta en cualquier medio adecuado de procesamiento. Por ejemplo, en la disposición de la Figura 2, el software de inversor que se ejecuta en el inversor 212 puede emplear este tipo de algoritmo.

Por lo tanto, el inversor 212 equilibra el objetivo de alcanzar el MPPT para la distribución FV 202, cumplir las demandas de potencia de la carga de CA 214, y controlar el nivel de corriente en el rectificador CA-CC 206 con el fin de mantener el coste de consumir potencia de la red de CA 204 tan bajo como sea posible.

El bus de corriente continua 210 y el inversor 212 pueden ser una unidad integral conocida como “accionamiento” (“drive”), o como alternativa pueden ser unidades independientes conectadas eléctricamente. Los inversores usualmente tienen un bus de corriente continua asociado, pero en algunos casos puede ser deseable un bus de corriente continua independiente, por ejemplo si se requiere un bus de corriente continua de mayor tensión. Un bus de corriente continua y un inversor diseñados para sacar un alto tensión de CA, tal como un bus de corriente continua de alto tensión y un inversor diseñados para sacar 690 VCA, pueden tener un máximo tensión de bus de corriente continua de 1.150 VCC. Es probable que esto sea mucho más caro que un bus de corriente continua y un inversor de bajo tensión diseñados para sacar una menor tensión de CA, por ejemplo 400 VCA. Ese bus de corriente continua de bajo tensión y el inversor pueden tener un máximo tensión de bus de corriente continua de 800 VCC por ejemplo. El coste de comprar un bus de corriente continua y el inversor asociado, tal como el bus de corriente continua 210 y el inversor 212 típicamente aumenta con el aumento de potencia. Para una potencia dada, un accionamiento diseñado para sacar 400 VCA tiene un valor de corriente mucho mayor que un accionamiento diseñado para sacar 690 VCA. En esta memoria se ha reconocido que es deseable un mayor valor de corriente con el fin de permitir que la carga de CA consuma más corriente si es necesario, para permitir que el sistema resultante tenga una mayor flexibilidad de funcionamiento. Además, en esta memoria se ha reconocido que no es necesario utilizar un accionamiento de muy alta potencia, que pueda sacar una tensión alta y permitir que una gran cantidad de corriente sea consumida desde el mismo. En cambio, se pueden conseguir unos resultados buenos y fiables mediante la utilización de un accionamiento de potencia relativamente baja (y de este modo bajo coste), que permite que una cantidad relativamente grande de corriente sea consumida del mismo pero que tiene una tensión de salida bajo (p. ej. 400 VCA).

Dado que la tensión de salida de la red de CA 204 se establece en un valor estándar, típicamente unos 1.000 VCA para cargas de CA de alta potencia, según una realización, con el fin de que el sistema de la figura 2 sea capaz de utilizar un bus de corriente continua 210

o accionamiento 210, 212 de bajo coste, con una tensión máxima de bus de corriente continua de 800 VCC, entre la red de CA 204 y el rectificador CA-CC controlado 206 se encuentran unos medios de conversión. En el sistema de la Figura 2, los medios de conversión son un transformador de entrada 205. El transformador de entrada 205 recibe el suministro de 1.000 VCA desde la red de CA 204 y reduce esta tensión a una tensión más baja, por ejemplo 575 VCA, que el transformador de entrada 205 suministra al rectificador CA-CC controlado 206. La conversión desde una tensión de CA a una tensión de CC por parte del rectificador CA-CC controlado 206 resulta intrínsecamente en una tensión de CC de salida ligeramente aumentada desde el rectificador CA-CC controlado, por ejemplo 660 VCC. Dado que la red de CA 204 es una fuente de tensión, no es posible que la corriente de la salida del rectificador CA-CC 206 sea inyectada en el bus de corriente continua 210 a menos que la tensión de salida de CC del rectificador CA-CC controlado 206 sea mayor que el nivel de tensión en el bus de corriente continua 210. La distribución FV 202 es una fuente de corriente y por lo tanto siempre es capaz de proporcionar corriente al bus de corriente continua 210 independientemente de los niveles de tensión. La tensión máximo de funcionamiento (máximo VMPPT) de la distribución FV 202 establece el máximo tensión en el bus de corriente continua 210, que puede ser por ejemplo 630 VCC. Según una realización, el transformador de entrada 205 y el rectificador CA-CC controlado 206 se eligen por lo tanto de tal manera que la tensión de salida del rectificador CA-CC controlado 206 siempre es mayor que la tensión máximo de funcionamiento de la distribución FV 202 para asegurar que esa corriente de la red de CA 204 puede llegar al bus de corriente continua 210.

Como se ha mencionado anteriormente, para una potencia dada, un accionamiento (que comprende un bus de corriente continua y un inversor) diseñado para sacar una tensión de CA inferior tendrá mayor valor de corriente. Sin embargo, la carga de CA impulsada por el accionamiento puede requerir una mayor tensión de CA que la salida del accionamiento. Por ejemplo, la carga de CA 214 puede ser una carga de CA de alto tensión, tal como una carga de 690 VCA-1.000 VCA con una potencia nominal de más de 200 kW. Un ejemplo típico de una carga de CA de alto tensión es un motor que impulsa una bomba de agua en una planta de procesamiento de aguas residuales. Para esa carga de CA de alto tensión, con el fin de utilizar un bus de corriente continua de bajo tensión y un inversor (“accionamiento”) diseñado para sacar una tensión de CA menor que el requerido por la carga de CA 214 (por ejemplo 400 VCA), se necesitan unos medios de conversión para aumentar la tensión de salida del inversor 212. Los medios de conversión pueden ser un transformador de salida

213. La tensión en el bus de corriente continua 210 está determinada por la tensión de funcionamiento (VMPPT para las condiciones ambientales dadas) de la distribución FV 202, como se ha descrito anteriormente. La tensión mínimo de funcionamiento de la distribución FV 202 pueden ser 550 VCC, por ejemplo. Bajo algunas condiciones ambientales, como por ejemplo alta temperatura, la tensión de salida del inversor 212, después de convertir la tensión del bus de corriente continua 210 desde una tensión de CC a CA, podrá ser inferior a la tensión mínimo de funcionamiento de la distribución FV 202 debido al proceso de conversión. Por ejemplo, para una tensión mínima de funcionamiento de la distribución FV 202 de 550 VCC, la salida del inversor 212 sólo puede ser de 340 VCA. La carga de CA 214 requiere una tensión de entre 690 VCA y 1.000 VCA para funcionar, por lo tanto el transformador de salida 213 convierte la tensión de salida del inversor 212 en una tensión más alto. En este ejemplo, el transformador de salida 213 convierte la tensión de salida del inversor 212 de 340 VCA a 1.000 VCA.

Por lo tanto, con el fin de permitir un amplio intervalo de valores de corriente que vaya a consumir la carga de CA 214, en esta memoria se ha reconocido que es preferible y más rentable el utilizar un accionamiento diseñado para sacar una menor tensión de CA, por ejemplo 400 VCA, junto con el transformador de salida 213 que usar un accionamiento diseñado para sacar una mayor tensión de CA, por ejemplo 690 VCA.

Las condiciones ambientales pueden hacer que la salida de potencia de la distribución FV 202 se reduzca tanto que la salida de potencia de la distribución FV 202 llegue a ser insuficiente para mantener una conexión con el bus de corriente continua 210, y la distribución FV 202 por lo tanto se desconecta del bus de corriente continua 210. En este caso, la red de CA 204 puede suministrar la totalidad de la potencia requerida por la carga de CA 214 para permitir que la carga de CA 214 funcione de la manera deseada. En este caso, la tensión en el bus de corriente continua 210 es igual a la tensión de salida del rectificador CA-CC 206. Esta situación puede ocurrir durante la noche, por ejemplo, cuando la distribución FV 202 es incapaz de funcionar.

reduce las prestaciones de un transformador convencional, tal como el transformador de salida 213, y el filtro sinusoidal, por lo tanto, puede reducir el efecto de la PWM en el transformador de salida 213. Al usar un filtro sinusoidal, se puede usar un transformador convencional, tal como el transformador de salida 213, en el sistema de la figura 2, y por lo tanto se proporciona un sistema más simple y rentable. Como alternativa, la función del filtro sinusoidal puede incorporarse en un transformador que podría colocarse, por lo tanto, en el sistema de la figura 2 en lugar del filtro sinusoidal y el transformador de salida 213.

El sistema de la figura 2, por lo tanto, proporciona un sistema eficiente para hacer funcionar una carga de CA de alta tensión usando una combinación de una distribución FV y una red de CA. El sistema se configura de tal manera que la potencia de la red de CA se utiliza sólo cuando sea necesario para la carga de CA, y sólo se coge la mínima cantidad de potencia. Según una realización, se obtiene mayor ahorro de costes al utilizar un bus de corriente continua e inversor (o accionamiento) diseñados para sacar una tensión relativamente baja (400 VCA), junto con transformadores de entrada y de salida, mientras que todavía se proporciona un sistema fiable para alimentar a una carga de CA de alta tensión. De esta manera, se evita el coste de un bus de corriente continua e inversor (o unidad de accionamiento) diseñados para sacar una corriente alta y una tensión alta (690 VCA). Por lo tanto, en esta memoria se ha reconocido, dado que la red de CA suministra una tensión muy alta (1000 VCA) y la carga de CA requiere a la vez una tensión muy alta para funcionar (690 VCA-1000 VCA) y un intervalo de valores de corriente con los que trabajar, unos medios de conversión de CA (tales como unos transformadores), junto con el bus de corriente continua y el inversor (accionamiento) diseñados para sacar una baja tensión de CA, proporcionan un sistema flexible y rentable para alimentar una carga de CA.

Se pueden utilizar unos medios alternativos de conversión, tales como convertidores CC/CC. Sin embargo, los convertidores CC/CC representan un aumento considerable de los costes debido en parte al aumento de los costes asociados del cableado cuando se utiliza un convertidor CC/CC, ya que se necesita un cableado mucho más grueso. Además, al utilizar un convertidor CC/CC también se aumenta la complejidad del sistema en los transformadores y la configuración del rectificador CA-CC controlado presentado en la figura 2 y por lo tanto usualmente no se desea el uso de un convertidor CC/CC.

En la Figura 3 se muestra una segunda realización a modo de ejemplo y comprende un sistema 300. En el sistema 300, la distribución FV 202 y la red de CA 204 trabajan juntas como parte de un sistema selector para hacer funcionar múltiples cargas de CA 214a, 214b. Como en la primera realización mostrada en la figura 2, la distribución FV 202 se conecta al bus de corriente continua 210 a través de un filtro de CC 208. Un suministro de CA, tal como la red de CA 204, se conecta a través de un transformador de entrada 205 y un rectificador CA-CC 206 al bus de corriente continua 210, como se ha descrito anteriormente. El bus de corriente continua 210 se conecta a múltiples inversores 212a y 212b para convertir la salida de CC del bus de corriente continua 210 a una salida de CA de cada inversor 212a, 212b. Una vez más, de la misma manera que la primera realización mostrada en la Figura 2, cada inversor 212a, 212b se conecta a un respectivo transformador de salida 213a, 213b para aumentar el nivel de tensión de CA a un nivel requerido para la carga. La salida de los transformadores de salida 213a y 213b se conecta a una respectiva carga de CA 214a, 214b.

Una carga de CA 214a actúa como principal y la otra 214b como secundaria. Si el bus de corriente continua 210 solo recibe el suministro de la distribución FV 202, el inversor 212a de la carga de CA principal 214a controla la cantidad de corriente consumida por la carga de CA principal 214a para asegurarse de que la distribución FV 202 saca la potencia máxima de salida, como se ha descrito anteriormente. Por lo tanto, el inversor 212a de la carga de CA principal 214a controla el MPPT de la distribución FV 202. El software en el inversor 212a determina la tensión en el bus de corriente continua 210 que corresponde al VMPPT de la distribución FV 202. Una vez que se ha determinado la tensión en el bus de corriente continua 210 correspondiente al VMPPT de la distribución FV 202, esta tensión se comunica al otro inversor 212b, que hace funcionar su respectiva carga de CA secundaria 214b, y las dos cargas de CA 214a y 214b funcionan de tal manera que consumen suficiente corriente de la distribución FV 202 para este nivel de tensión en el bus de corriente continua 210.

Si tanto la distribución FV 202 como la red de CA de 204 suministran al bus de corriente continua 210, la potencia suministrada a las cargas de CA 214a y 214b pueden ser de tal manera que en todo momento se consigue el funcionamiento deseado de la carga de CA principal 214a y de la carga de CA secundaria 214b, dependiendo de las necesidades del usuario. Este funcionamiento deseado se puede conseguir mediante el aumento o disminución de la corriente proporcionada por la red de CA 204, como se ha descrito anteriormente, que puede o no ser aceptable para el usuario teniendo en cuenta el coste de coger potencia de la red de CA 204 en ese momento.

En el sistema de la figura 3, dado que hay más de una carga de CA, la potencia suministrada debe ser mayor con el fin de que las dos cargas de CA 214a y 214b funcionen como se desee. Debido al aumento de la demanda de potencia desde múltiples cargas de CA, en algunas situaciones sólo puede funcionar la carga de CA principal 214a. Este puede ser el caso, por ejemplo, si la distribución FV 202 sólo es capaz de suministrar suficiente potencia para permitir el funcionamiento deseado de la carga de CA principal 214a. El coste de la electricidad a una hora específica del día o los requisitos del sistema pueden significar que se hace una elección para no suministrar potencia desde la red de CA 204 en un momento como este, y por lo tanto, sólo estará operativa la carga de CA principal 214a. Como alternativa, si se desea, la red de CA 204 puede proporcionar potencia adicional para permitir el funcionamiento de la carga de CA principal 214a y la carga de CA secundaria 214b. La decisión sobre si coger o no potencia de la red de CA 204 puede basarse en las necesidades del sistema, y/o en la programación específica de los costes de la electricidad en ese momento del día, que se puede incorporar en un algoritmo en el inversor 212a que controla el rectificador CA-CC controlado 206.

El sistema de la figura 3 puede alimentar inicialmente sólo a la carga de CA principal 214a. Sin embargo, como en la primera realización mostrada en la Figura 2, en algunas situaciones la salida de la distribución FV 202 puede ser tal que, una vez que se ha realizado el MPPT, la tensión en el bus de corriente continua 210 es mayor que la tensión mínima requerido por la carga de CA secundaria 214a, indicando por lo tanto que la carga de CA secundaria 214a está recibiendo más potencia que la potencia mínima necesaria para el funcionamiento de una manera deseada u óptima. Sin embargo, la potencia recibida por la carga de CA principal 214a puede ser todavía insuficiente para alimentar la carga de CA principal 214a y la carga secundaria 214b simultáneamente. El inversor 212a, por lo tanto, ajusta la salida de potencia de la distribución FV 202 a un punto desplazado y alejado del punto MPPT, provocando de ese modo que la distribución FV 202 saque menos potencia mediante el control de la cantidad de corriente consumida de la distribución FV 202, de tal manera que la tensión de salida de la distribución FV 202 no sea igual a VMPPT. Por lo tanto, en esta situación, la distribución FV 202 tiene la capacidad de proporcionar más potencia que la requerida por la carga principal de CA 214a, pero el inversor 212a ajusta el MPPT para asegurarse de que no se supera la tensión requerida del bus de corriente continua 210.

La distribución FV 202 pueden ser capaz de proporcionar mucha más potencia que la requerida por la carga de CA principal 214a. Por ejemplo, la distribución FV 202 puede ser capaz de proporcionar el 130% de la potencia requerida. Esto proporciona el sistema de la figura 3 con la opción de hacer funcionar sólo la carga de CA principal 214a en un estado óptimo (al 100% de los requisitos de potencia de la carga de CA principal 214a) mediante el ajuste de la salida de la distribución FV 202 de tal manera que sólo un 100% de la potencia requerida por la carga de CA principal 214a llega a la carga de CA principal 214a, o hacer funcionar la carga de CA principal 214a y la carga de CA secundaria 214b, aunque en un estado potencialmente sub-óptimo. Por ejemplo, cuando la distribución FV 202 es capaz de proporcionar el 130% de la potencia requerida por la carga de CA principal 214a, el inversor puede permitir que la distribución FV 202 trabaje a su potencia máxima y proporcionar el 130% de la potencia para la carga de CA principal 214a. Dado que la carga de CA principal 214a no necesita tanta potencia, el software en el inversor principal 212a dispara el funcionamiento del inversor secundario 212b y la carga de CA secundaria 214b y una parte de la salida de potencia de la distribución FV 202 se proporciona a la carga de CA secundaria 214b. Esto permite que tanto la carga de CA principal 214a como la carga de CA secundaria 214b funcionen simultáneamente. Por ejemplo, tanto la carga de CA principal 214a como la carga de CA secundaria 214b podrían funcionar al 65% de su potencia óptima

o deseada. La potencia óptima o deseada requerida para hacer funcionar tanto la carga de CA principal 214a como la carga de CA secundaria 214b podría ser la misma, o como alternativa, la carga principal y secundaria 214a, 214b pueden tener diferentes requisitos de potencia óptima o deseada.

El funcionamiento de dos cargas de CA a potencia reducida puede ser deseable en algunos casos dependiendo de las necesidades del sistema. Tanto la carga de CA principal 214a como la carga de CA secundaria 214b se pueden hacer funcionar como alternativa en un estado óptimo, mediante la complementación de la salida de potencia de la distribución FV 202 con la potencia suministrada por la red de CA 204 de la manera descrita anteriormente en relación con la figura 2. Esto puede ser deseable o no, dependiendo de las necesidades del sistema y de los costes de la electricidad en ese momento.

Aunque sólo se han descrito dos cargas de CA en el sistema de la figura 3, puede haber presente cualquier número de cargas de CA. Por ejemplo, puede haber presentes cuatro cargas de CA que comprenden una carga de CA principal y tres cargas de CA secundarias.

Se pueden utilizar múltiples rectificadores, tal como el rectificador CA-CC controlado 206, si la potencia de entrada desde la red de CA 204, que se requiere para asegurar un funcionamiento óptimo o deseado de múltiples cargas de CA es mayor de lo que soporta un único rectificador. Además, se pueden utilizar múltiples rectificadores para asegurar que cada carga de CA es independiente de cualquier otra carga de CA.

Además, puede haber presentes varios buses de corriente continua, proporcionando de ese modo a la carga de CA su propia combinación de inversor y bus de corriente continua ("accionamiento").

Se puede utilizar cualquier suministro de CA, junto con una distribución FV, y el suministro de CA no se limita a la red de CA.

Otra fuente de energía renovable se puede utilizar en lugar o además de una distribución FV.

Según una realización, pueden controlarse más de dos suministros de potencia con el fin de suministrar potencia a una carga final.

La demanda de potencia en la carga puede cambiar con el tiempo y/o la capacidad de una o más de las fuentes de energía pueden cambiar con el tiempo, por ejemplo debido a cambios en los factores ambientales. Los principios del método mejorado descrito en esta memoria se pueden aplicar para controlar el funcionamiento de los suministros de potencia - incluso controlar si cada uno de ellos, y cuando, debe ser utilizado para el suministro de potencia y, cuando se utiliza, en qué medida - para asegurar que las demandas de potencia de la carga se cumplen de una manera rentable, eficaz y fiable.

El método y el sistema mejorados descritos en esta memoria, por lo tanto, permiten el funcionamiento requerido por una o más cargas de CA. Las cargas de CA, según una realización, reciben el suministro exclusivamente de una distribución FV cuando sea posible, pero en el caso de que la potencia suministrada por la distribución FV no sea suficiente, el sistema sólo coge la mínima potencia necesaria para asegura un funcionamiento óptimo o requerido de las cargas de CA desde el suministro de CA. Por consiguiente, el sistema descrito proporciona un significativo ahorro de costes mediante el uso de energías renovables generadas por un usuario final como fuente primaria y sólo busca energía del suministro de CA cuando el suministro de energía renovable no es suficiente. Además, sólo se coge la mínima energía requerida del suministro de CA, proporcionando de ese modo un ahorro de costes y para el medio ambiente.

El término “funcionamiento óptimo” se ha utilizado para describir un funcionamiento de una carga de CA que desea un operario del sistema en un momento determinado. Sin embargo, este término no debe interpretarse como una limitación y en su lugar puede utilizarse otro término. Por ejemplo, el “funcionamiento óptimo” de la carga de CA puede ser cuando la carga de CA trabaja con la máxima eficiencia, en términos de, por ejemplo, los costes financieros o en el consumo de energía. En el ejemplo en el que la carga de CA es un motor, el “funcionamiento óptimo” puede ser el motor que trabaja a una velocidad máxima de rotación o en un nivel de potencia más eficiente. En el ejemplo en el que la carga de CA es una bomba, el “funcionamiento óptimo” puede ser que la bomba bombee agua a una altura o volumen requeridos en un determinado tiempo. Como alternativa, el “funcionamiento óptimo” puede ser el funcionamiento de la carga de CA que sea aceptable para el operario, teniendo en cuenta los costes de la electricidad y las necesidades del sistema.

El término “distribución FV” se ha utilizado en esta memoria para describir una o más células fotovoltaicas. En su lugar se puede utilizar cualquier otro término adecuado, tal como “cadena FV” o “panel solar”.

El suministro de potencia a una carga desde dos o más fuentes, tal como se describe en esta memoria, se puede monitorizar y controlar mediante unos medios adecuados, tales como un controlador industrial, un procesador tal como un microprocesador, o un ordenador. Un ordenador, tal como un ordenador de uso general, puede configurarse o adaptarse para realizar los métodos descritos. En una realización el ordenador comprende un procesador, una memoria y una pantalla. Típicamente, estos están conectados a una estructura de bus central, la pantalla está conectada a través de un adaptador de pantalla. El ordenador también puede comprender uno o más dispositivos de entrada (tal como un ratón y/o un teclado) y/o un adaptador de comunicaciones para conectar el ordenador con otros ordenadores o redes. Estos típicamente también se conectan a la estructura de bus central, el dispositivo de entrada se conecta a través de un adaptador de dispositivo de entrada.

En funcionamiento, el procesador puede ejecutar instrucciones ejecutables por ordenador que contiene en la memoria, y el resultado del procesamiento se muestra a un usuario en la pantalla. Los aportes del usuario para controlar el funcionamiento del ordenador se pueden recibir a través de los dispositivos de entrada.

Se puede proporcionar un soporte legible un ordenador (por ejemplo, un disco o señal portadora) que tiene instrucciones ejecutables por ordenador adaptadas para hacer que un ordenador realice los métodos descritos.

Se han descrito unas realizaciones a modo de ejemplo solamente. Se apreciará que se pueden hacer variaciones de las realizaciones descritas. Por ejemplo, la carga de CA puede ser cualquier carga que requiere una tensión de CA para funcionar. El filtro de CC 208 puede ser de cualquier filtro que consiga el efecto deseado de bloquear el ruido del PWM para que no llegue a la distribución FV 202. El filtro sinusoidal descrito puede ser cualquier filtro que reduzca el efecto de la PWM en el transformador de salida 213. Como alternativa, el transformador de salida 213 puede incluir la funcionalidad de dicho filtro, de tal manera que puedan conseguirse los mismos beneficios de reducir el efecto de la PWM en el transformador de salida 213 sin incluir un filtro independiente en el sistema.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un método para controlar un suministro de potencia eléctrica a una carga, en donde dicha carga tiene un umbral de potencia asociado, el método comprende:

utilizar una primera fuente de energía eléctrica para generar una primera cantidad de 5 potencia para suministrar a la carga, en donde dicha primera fuente de energía eléctrica comprende una fuente renovable;

comparar la primera cantidad de potencia generada por la primera fuente de energía eléctrica con el umbral de potencia asociado con la carga;

como resultado de dicha comparación, determinar si la cantidad de potencia suministrada

10 por la primera fuente de energía eléctrica a la carga es suficiente y, en caso contrario, determinar una segunda cantidad de potencia a suministrar a la misma carga desde una segunda fuente de energía eléctrica diferente;

si se suministra la segunda cantidad de potencia a la carga desde la segunda fuente de energía eléctrica, controlar una salida de la segunda fuente de energía eléctrica de modo

15 que la cantidad combinada de la potencia suministrada a la carga desde la primera y la segunda fuente de energía eléctrica cumple con el umbral de potencia asociada a la carga.
2.

El método de la reivindicación 1, en donde la primera fuente de energía eléctrica comprende una o más células fotovoltaicas (FV).
3.

El método de cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2 que comprende además la

20 etapa de controlar una salida de la primera fuente de energía eléctrica de modo que la primera cantidad de potencia generada por la primera fuente de energía eléctrica sea máxima.
4. El método de acuerdo a la reivindicación 3, en donde la primera cantidad de

potencia generada por la primera fuente de energía eléctrica se maximiza utilizando 25 seguimiento de punto de potencia máxima (MPPT).
5. El método de cualquier reivindicación precedente, que incluye además la etapa de controlar, cuando la etapa de comparación de la reivindicación 1 indica que existe un déficit entre la primera cantidad de potencia generada por la primera fuente de energía eléctrica para suministrar a la carga y el umbral de potencia asociado con la carga, una salida de la

30 segunda fuente de energía eléctrica de modo que la segunda cantidad de potencia generada por la segunda fuente de energía eléctrica esté lo más cerca posible de dicho déficit.
6.

El método de cualquier reivindicación precedente, en donde la segunda fuente de energía eléctrica se dispone para suministrar potencia eléctrica con una tensión substancialmente constante y en donde el método comprende controlar un nivel de corriente para la segunda fuente de energía eléctrica con el fin de controlar la segunda cantidad de potencia suministrada a la carga por la segunda fuente de energía eléctrica.
7.

El método de la reivindicación 6, en donde la etapa de controlar el nivel de corriente de la segunda fuente de energía eléctrica se realiza mediante un rectificador contrlado.
8.

El método de cualquier reivindicación precedente, en donde el umbral de potencia asociado con la carga comprende una cantidad de potencia requerida por la carga con el fin de conseguir un requisito operacional.
9.

El método de la reivindicación 8, en donde dicho requisito operacional comprende algo de lo que se indica a continuación: funcionar a una velocidad predeterminada, funcionar con un par predeterminado o funcionar para conseguir una determinada altura o volumen de fluido.
10.

El método de la reivindicación 9, en donde funcionar a una velocidad predeterminada, par predeterminado o altura o volumen predeterminados de fluido comprende funcionar a una velocidad máxima, par máximo o altura o volumen máximos de fluido, respectivamente.
11.

El método de cualquier reivindicación precedente, en donde la segunda fuente de energía eléctrica es una red de corriente alterna (CA).
12.

El método de cualquier reivindicación precedente, en donde la primera fuente de energía eléctrica y la segunda fuente de energía eléctrica se disponen para proporcionar potencia para una entrada común en un bus o accionamiento.
13.

El método de la reivindicación 12, en donde el umbral de potencia asociado con la carga se representa mediante un umbral de tensión del bus o del accionamiento.
14.

El método de cualquiera de las reivindicaciones 12 o 13, en donde el accionamiento está configurado para generar un bajo tensión de CA.
15.

El método de la reivindicación 14, en donde el accionamiento está configurado para proporcionar una tensión de CA inferior al requerido por la carga.
16.

El método de cualquier reivindicación precedente, en donde la carga es una carga de alta tensión.
17.

El método de la reivindicación 16, en donde la carga de alta tensión tiene una tensión de funcionamiento de 1.000 VCA.

5 18. El método de cualquiera de las reivindicaciones 12 a 17, en donde la segunda fuente de energía eléctrica se dispone para tener salida a unos primeros medios de conversión de tensión antes de que de la segunda fuente de energía eléctrica proporcione potencia para el bus o el accionamiento.
19. El método de cualquiera de las reivindicaciones 12 a 18, en donde se dispone un

10 inversor conectado eléctricamente al bus para tener salida a unos segundos medios de conversión de tensión antes de que el inversor saque potencia para la carga, o en donde el accionamiento se dispone para tener salida a unos segundos medios de conversión de tensión antes de que el accionamiento saque potencia para la carga.
20. El método de la reivindicación 18, en donde los primeros medios de conversión de 15 tensión comprenden un transformador.
21.

El método de la reivindicación 19, en donde los segundos medios de conversión de tensión comprenden un transformador.
22.

El método de cualquier reivindicación precedente, que comprende repetir periódicamente las etapas de la reivindicación 1.

20 23. Un método de funcionamiento de una carga que comprende controlar el suministro de potencia eléctrica a dicha carga tal como se define en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 22.
24. Un ordenador, procesador o controlador adaptados para realizar el método de cualquier reivindicación precedente.

25 25. Un soporte legible por ordenador que tiene unas instrucciones ejecutables en ordenador adaptadas para hacer que un sistema informático realice el método de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 23.
26. Un sistema para controlar un suministro de potencia eléctrica a una carga, en donde dicha carga tiene un umbral de potencia asociado, el sistema comprende:

una primera fuente de energía eléctrica dispuesta para generar una primera cantidad de potencia para suministrar a la carga, en donde dicha primera fuente de energía eléctrica comprende una fuente renovable;

unos medios para comparar la primera cantidad de potencia generada por la primera fuente de energía eléctrica con el umbral asociado de potencia con la carga;

unos medios para determinar, como resultado de dicha comparación, si la cantidad de potencia suministrada por la primera fuente de energía eléctrica a la carga es suficiente y, en caso contrario, unos medios para determinar además una segunda cantidad de potencia a suministrar a la misma carga desde una una segunda fuente de energía eléctrica diferente;

unos medios para controlar una salida de la segunda fuente de energía eléctrica de modo que la cantidad combinada de la potencia suministrada a la carga desde la primera y la segunda fuente de energía eléctrica cumple con el umbral de potencia asociada a la carga, en caso de suministrar la segunda cantidad de potencia a la carga desde la segunda fuente de energía eléctrica.
27.

El sistema de la reivindicación 26, en donde la primera fuente de energía eléctrica comprende una o más células fotovoltaicas (FV).
28.

El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 26 o 27, en donde la segunda fuente de energía eléctrica comprende una red de corriente alterna (CA).
29.

El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 26 a 28, en donde la segunda fuente de energía eléctrica se dispone para suministrar potencia eléctrica con una tensión substancialmente constante y en donde los medios para controlar una salida de la segunda fuente de energía eléctrica se disponen para controlar un nivel de corriente para la segunda fuente de energía eléctrica con el fin de controlar la segunda cantidad de potencia suministrada a la carga por la segunda fuente de energía eléctrica.
30.

El sistema de la reivindicación 29, en donde los medios para controlar una salida de la segunda fuente de energía eléctrica comprenden un rectificador controlado.
31.

El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 26 a 30, en donde la primera fuente de energía eléctrica y la segunda fuente de energía eléctrica se disponen para proporcionar potencia para una entrada común en un bus o accionamiento.
32.

El sistema de la reivindicación 31, en donde el accionamiento está configurado para generar una baja tensión de CA.

5

10

15

20

25

30
33.

El sistema de la reivindicación 32, en donde el accionamiento está configurado para proporcionar una tensión de CA inferior al requerido por la carga.
34.

El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 26 a 33, en donde la carga es una carga de alta tensión.
35.

El sistema de la reivindicación 34, en donde la carga tiene una tensión de funcionamiento de 1.000 VCA.
36.

El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 31 a 35, que comprende además unos primeros medios de conversión de tensión, en donde la segunda fuente de energía eléctrica se dispone para tener salida a los primeros medios de conversión de tensión antes de que de la segunda fuente de energía eléctrica proporcione potencia para el bus o el accionamiento.
37.

El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 31 a 36, que comprende además unos segundos medios de conversión de tensión, en donde se dispone un inversor conectado eléctricamente al bus para tener salida a los segundos medios de conversión de tensión antes de que el inversor saque potencia para la carga, o en donde el accionamiento se dispone para tener salida a los segundos medios de conversión de tensión antes de que el accionamiento proporcione potencia para la carga.
38.

El método de la reivindicación 36, en donde los primeros medios de conversión de tensión comprenden un transformador.
39.

El método de la reivindicación 38, en donde los segundos medios de conversión de tensión comprenden un transformador.
40.

El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 26 a 39, que comprende además un primer filtro, en donde la primera fuente de energía eléctrica se dispone para tener salida al primer filtro.
41.

El método de la reivindicación 37, que comprende además un segundo filtro, en donde el inversor se dispone para tener salida al segundo filtro antes de su salida a los segundos medios de conversión de tensión, o en donde el accionamiento se dispone para tener salida al segundo filtro antes de su salida a los segundos medios de conversión de tensión.
42.

El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 26 a 41, en donde la carga es un motor de CA o una bomba de CA.