ES2552857T3 - Un sistema de alimentación de corriente continua con capacidades de protección del sistema - Google Patents

Un sistema de alimentación de corriente continua con capacidades de protección del sistema Download PDF

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ES2552857T3 ES12157487.5T ES12157487T ES2552857T3 ES 2552857 T3 ES2552857 T3 ES 2552857T3 ES 12157487 T ES12157487 T ES 12157487T ES 2552857 T3 ES2552857 T3 ES 2552857T3
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02J1/06—Two-wire systems
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/26—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured
    • H02H7/268—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured for dc systems

Abstract

Un sistema de alimentación de corriente continua (1) para suministrar energía a un buque, que comprende: una barra colectora de corriente continua principal (3), una unidad de generación de energía eléctrica (P1, P2, P3, P4) adaptada para la alimentación de la barra colectora de corriente continua principal (3), un desconector (7) dispuesto entre la barra colectora de corriente continua principal (3) y la unidad de generación de energía eléctrica (P1, P2, P3, P4) para aislar la unidad de generación de energía eléctrica (P1, P2, P3, P4) con respecto a la barra colectora de corriente continua principal (3) en caso de un fallo de la barra colectora de corriente continua principal, en donde cuando se ha producido un fallo en el sistema de alimentación de corriente continua (1), la unidad de generación de energía eléctrica puede limitar su tensión y su corriente de salida a un nivel que permita al desconector funcionar dentro de los límites de su régimen nominal, y una unidad de control (D1, D2) dispuesta para ser alimentada por la barra colectora de corriente continua principal (3), en donde la unidad de control (D1, D2) comprende un sistema de barras colectoras de unidad de control (DB), unidades convertidoras (I1, I2, I3) conectadas al sistema de barras colectoras de unidad de control (DB), y fusibles (F) dispuestos entre el sistema de barras colectoras de unidad de control (DB) y las unidades convertidoras (I1, I2, I3) para proteger las unidades convertidoras (I1, I2, I3) en caso de un fallo de la unidad de control, en donde la unidad de control (D1, D2) comprende un primer tipo de unidad de entrada (17) dispuesta entre la barra colectora de corriente continua principal (3) y el sistema de barras colectoras de unidad de control (DB) y en donde el primer tipo de unidad de entrada (17) comprende un desconector para desconectar la unidad de control (D1, D2) desde la barra colectora de corriente continua principal (3) en caso de un fallo de la unidad de control.

Description

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DESCRIPCION
Un sistema de alimentacion de corriente continua con capacidades de proteccion del sistema CAMPO TECNICO
La presente invencion se refiere, en general, a sistemas de alimentacion de energfa y en particular, a un sistema de alimentacion de corriente continua con capacidades de proteccion.
ANTECEDENTES
Los sistemas de suministro de energfa electrica suelen comprenden una pluralidad de componentes, tales como una o mas de entre una fuente de generacion de energfa, unidades de control y modulos de almacenamiento de energfa. Estos componentes suelen estar interconectados por medio de un sistema de barras colectoras en donde pueden circular corrientes para proporcionar energfa a una o mas cargas conectadas al sistema de suministro de energfa electrica.
En algun punto en condicion defectuosa, tal como un cortocircuito, se producira inevitablemente en el sistema de suministro de energfa electrica, en el sistema de barras colectoras, en uno de los componentes del sistema o en una carga. En caso de un fallo, es importante aislar el fallo respecto a la parte sin fallos del sistema de modo que la provision de energfa normal pueda continuarse por medio de la parte no defectuosa y para proteger las partes no defectuosas con respecto a posibles danos. Para esta finalidad, un sistema de proteccion se suele incluir en el sistema de suministro de energfa.
Un sistema de proteccion dispuesto para gestionar los fallos en un sistema de suministro de energfa electrica suele comprender un equipo supervisor dispuesto para controlar los parametros electricos tales como las intensidades de corriente en el sistema de suministro de energfa y disyuntores controlados por el equipo supervisor. Los disyuntores estan dispuestos de tal manera en el sistema de suministro de energfa que pueda obtenerse un aislamiento de fallo selectivo en caso de producirse un fallo.
El documento US2003/0071633 da a conocer una red de suministro de energfa electrica (sic) que comprende un sistema de barras colectoras y alimentadores para distribuir energfa a lugares distantes. Entre cada lmea y la barra colectora se proporciona un disyuntor.
El documento EP1843443 da a conocer una barra colectora de corriente continua electrica asociada con circuitos y dispositivos de cargas electricas asf como fuentes que requieren proteccion. Con el fin de proporcionar dicha proteccion, se utilizan las denominadas leyes de Kirchoff de modo que los valores de las intensidades de las corrientes electricas sean tomados casi simultaneamente y sumados con el fin de identificar las desviaciones con respecto a los valores umbral diferenciales previstos. A la deteccion de dichas desviaciones y en general, como resultado de varias desviaciones sucesivas se utiliza un dispositivo de aislamiento electrico con el fin de aislar la corriente electrica con respecto a la barra colectora. El conjunto de datos de valores de corrientes electricas puede utilizarse con el fin de proporcionar un sistema de proteccion de reserva para internos y dispositivos de cargas electricas individuales, mediante una comparacion similar con los valores previstos para dichos dispositivos y circuitos.
El documento GB1151457 da a conocer un dispositivo de seguridad para inversores que alimentan motores asmcronos. En la seccion de antecedentes de esta invencion, se menciona que “en el caso de fallos en el equipo inversor, que represente un cortocircuito del circuito de corriente continua, el condensador de alisado se descarga a traves del cortocircuito. Puesto que el condensador de alisado tiene una alta capacitancia, la corriente de descarga puede alcanzar muy altos valores de intensidad. Esto hace que se produzca la respuesta de las barras colectoras conectadas en flujo ascendente respecto a los convertidores de corriente en circuitos conocidos. En consecuencia, los convertidores son desconectados desde el cortocircuito”.
El documento WO2011/141052 da a conocer una instalacion para transmitir energfa electrica que comprende una lmea de corriente continua de alta tension, un disyuntor de corriente continua conectado en serie con la lmea de corriente continua y configurado para disyuncion de una corriente de fallos al producirse un fallo en dicha lmea de corriente continua, medios configurados para detectar la ocurrencia de una corriente de fallo, una unidad de control, configurada para controlar un dicho disyuntores de corriente continua para proteger el equipo conectado a la lmea de corriente continua al producirse el fallo y la corriente subsiguiente y medios configurados para disipar la energfa almacenada en un recorrido de corriente defectuoso de la lmea de corriente continua entre dicho lugar y estos medios al producirse dicho fallo hasta el momento de dicho control de dicho disyuntor de corriente continua. El medio de disipacion de energfa comprende una conexion en serie de una resistencia disyuntora consumidora de energfa y un elemento de rectificacion del tipo anti-retorno conectado entre la masa y dicha lmea de corriente continua para conducir corriente al mismo tiempo que se forma un recorrido anti-retorno a traves de dicho control de dicho disyuntor de corriente continua al producir dicho fallo.
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Los sistemas de proteccion existentes pueden, sin embargo, en algunas aplicaciones, ser, a la vez, de muy alto coste y consumidores de espacio.
SUMARIO
Los disyuntores de corriente continua (CC) son particularmente de grandes dimensiones, siendo lo contrario para los disyuntores de circuitos de corriente alterna (CA), por lo que no pueden depender de los cruces de cero. Por lo tanto, se necesitan mayores separaciones de aire para los disyuntores de corriente continua para garantizar una proteccion adecuada. En consecuencia, los disyuntores de corriente continua suelen consumir gran cantidad de espacio y son de alto coste de fabricacion.
Considerando lo que antecede, un objetivo general de la presente invencion es dar a conocer un sistema de alimentacion de corriente continua que tenga capacidades protectoras que requiera menos espacio que en la tecnica anterior.
Otro objetivo es dar a conocer un sistema de alimentacion de corriente continua que sea asequible.
La invencion se define por lo estipulado en la reivindicacion 1.
De este modo, se da a conocer un sistema de alimentacion de corriente continua que comprende: una barra colectora de corriente continua principal, una unidad de generacion de energfa electrica dispuesta para alimentar la barra colectora de corriente continua principal, un conmutador-aislador dispuesto entre la barra colectora de corriente continua principal y la unidad de generacion de energfa para aislar la unidad de generacion de energfa con respecto a la barra colectora de corriente continua principal en caso de un fallo de la barra colectora de corriente continua principal y una unidad de control dispuesta para ser alimentada por la barra colectora de corriente continua principal, en donde la unidad de control comprende un sistema de barras colectoras de la unidad de control, unidades convertidoras conectadas al sistema de barras colectoras de la unidad de control y fusibles dispuestos entre el sistema de barras colectoras de la unidad de control y las unidades convertidoras para proteger las unidades convertidoras en caso de producirse un fallo de la unidad de control.
De este modo, las diversas unidades en el sistema de alimentacion de corriente continua pueden protegerse selectivamente en caso de fallos en cualquiera de las unidades o en la barra colectora de corriente continua principal sin necesidad de utilizar disyuntores de grandes dimensiones, consumidores de espacio y de alto coste.
La unidad de control comprende un primer tipo de unidad de entrada dispuesta entre la barra colectora de corriente continua principal y el sistema de barras colectoras de la unidad de control y en donde el primer tipo de unidad de entrada comprende un conmutador-aislador para desconectar la unidad de control desde la barra colectora de corriente continua principal en caso de un fallo de la unidad de control. De este modo, la unidad de control puede desconectarse del sistema de alimentacion de corriente continua restante en caso de un fallo en la unidad de control sin la utilizacion de disyuntores.
Segun una forma de realizacion de la invencion, el primer tipo de unidad de entrada comprende un dispositivo de bloqueo de corriente, dispuesto para bloquear corrientes en un sentido desde el sistema de barras colectoras de la unidad de control a la barra colectora de corriente continua principal y para permitir la circulacion de corriente desde la barra colectora de corriente continua principal a la unidad de control. De este modo, las corrientes de fallos que se proporcionanan al producirse un fallo en la barra colectora de corriente continua principal o en otra unidad conectada a la barra colectora de corriente continua principal desde los bancos de condensadores de las unidades convertidoras en la unidad de control pueden reducirse o eliminarse, puesto que el dispositivo de bloqueo de corriente actua esencialmente como un circuito abierto en el sentido desde el sistema de barras colectoras de la unidad de control a la barra colectora de corriente continua principal.
Una forma de realizacion comprende una unidad de almacenamiento de energfa dispuesta para la alimentacion de la barra colectora de corriente continua principal, en donde la unidad de almacenamiento de energfa comprende un sistema de barras colectoras de unidad de almacenamiento de energfa, unidades de provision de energfa y fusibles dispuestos entre el sistema de barras colectoras de unidad de almacenamiento de energfa y las unidades de provision de energfa para la proteccion de las unidades de provision de energfa en caso de producirse un fallo en la unidad de almacenamiento de energfa. De este modo, si un componente de alimentacion de reserva para, a modo de ejemplo, fines de redundancia, se anade al sistema, tambien este componente puede protegerse contra los fallos internos sin necesidad de utilizar disyuntores.
En conformidad con una forma de realizacion, la unidad de almacenamiento de energfa comprende un segundo tipo de unidad de entrada dispuesta entre el sistema de barras colectoras de la unidad de almacenamiento de energfa y la barra colectora de corriente continua principal, en donde el segundo tipo de unidad de entrada comprende un conmutador-aislador para desconectar la unidad de almacenamiento de energfa desde la barra colectora de corriente continua principal en caso de producirse un fallo de la unidad de almacenamiento de energfa. De este modo, la unidad de almacenamiento de energfa puede desconectarse de la barra colectora de corriente continua
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principal sin necesidad de la utilizacion de disyuntores.
En conformidad con una forma de realizacion, el segundo tipo de unidad de entrada comprende un dispositivo de bloqueo de corriente dispuesto para bloquear corrientes en un sentido desde el sistema de barras colectoras de la unidad de almacenamiento de energfa a la barra colectora de corriente continua principal para permitir la circulacion de corriente desde la barra colectora de corriente continua principal a la unidad de almacenamiento de energfa y una unidad de conmutacion de semiconductores para permitir selectivamente que la corriente realice una derivacion respecto al dispositivo de bloqueo de corriente y circule hacia la barra colectora de corriente continua principal. De este modo, puede permitirse la circulacion de corriente hacia la barra colectora de corriente continua principal en caso de que se necesite una alimentacion adicional desde la unidad de almacenamiento de energfa estableciendo la unidad de conmutacion de semiconductores en su estado de activacion.
Como alternativa, las corrientes de fallos procedentes de la unidad de almacenamiento de energfa para un fallo en la barra colectora de corriente continua principal o en otra parte del sistema de alimentacion de corriente continua pueden minimizarse en caso de que la unidad de conmutacion de semiconductores este establecida en su estado de desactivacion.
En conformidad con una forma de realizacion, el dispositivo de bloqueo de corriente y la unidad de conmutacion de semiconductores estan conectados en una disposicion en anti-paralelo.
En conformidad con otra forma de realizacion, la unidad de generacion de energfa electrica comprende un generador un rectificador, en donde el rectificador incluye una pluralidad de fusibles dispuestos para proteger el rectificador en caso de un fallo del rectificador. De este modo, los fallos del rectificador internos pueden gestionarse por medio de los fusibles sin necesidad de utilizar disyuntores locales en la unidad de generacion de energfa electrica.
En conformidad con otra forma de realizacion, la pluralidad de fusibles incluidos en el rectificador estan dimensionados de modo que no salten operativamente cuando esten sometidos a corrientes de fallos como resultado de producirse fallos en flujo abajo del rectificador. De este modo, los fusibles solamente saltan operativamente por corrientes causadas por fallos internos del rectificador. De este modo, los fusibles solamente saltan por corrientes causadas por fallos internos en el rectificador. Las corrientes de fallos procedentes de fallos operativos ocurridos fuera de la unidad de generacion de energfa electrica no deben disparar el fusible para su salto operativo. El regimen nominal de la corriente de los fusibles en el rectificador debena seleccionarse, por lo tanto, para ser un nivel de corriente umbral que solamente se alcance o se supere por la corriente de fallos creada por fallos del rectificador en esa unidad de generacion de energfa electrica particular.
En conformidad con otra forma de realizacion, cada unidad convertidora tiene terminales conectados a la barra colectora de unidad de control, en donde cada terminal de una unidad convertidora esta conectado a un fusible.
En conformidad con otra forma de realizacion, el dispositivo de bloqueo de corriente es un diodo.
En conformidad con otra forma de realizacion, la primera unidad de entrada comprende una unidad de conmutacion de semiconductores conectada en una disposicion anti-paralelo con el dispositivo de bloqueo de corriente para permitir selectivamente que la corriente efectue una derivacion con respecto al dispositivo de bloqueo de corriente y pueda circular hacia la barra colectora de corriente continua principal.
Combinando los fusibles y los conmutadores-aisladores segun se da a conocer en esta invencion, se obtiene un sistema de proteccion tnbrido en donde los fallos locales, esto es, los fallos en una unidad espedfica, son gestionados por fusibles y en donde los fallos globales, esto es, los fallos en la barra colectora de corriente continua principal, se gestionan mediante la interrupcion de la circulacion de corriente en la fuente de modo que conmutadores-aisladores adecuados puedan aislar la parte afectada del sistema de alimentacion de corriente continua. De este modo, las dimensiones de los fusibles pueden mantenerse mas pequenas, con lo que se asegura que la magnitud de la corriente de fallos locales seran capaces de bloquear el fusible en caso de un fallo local, con lo que se garantiza una proteccion del sistema de alimentacion de corriente continua fiable tanto a nivel local como a nivel global. Si fuere necesario, pueden instalarse bancos de condensadores adicionales para proporcionar una corriente de fallo extraordinaria para garantizar que los fusibles tengan una corriente de fallo suficiente disponible para eliminar un fallo.
En general, todos los terminos utilizados en las reivindicaciones han de interpretarse en conformidad con su significado ordinario en el campo tecnico, a no ser que se defina explfcitamente de otro modo en esta descripcion. Todas las referencias a “un /el elemento, aparato, componente, medio, etc. han de interpretarse, de forma abierta, como haciendo referencia a por lo menos una instancia operativa del elemento, aparato, componente, medio, etc. a no ser que se indique explfcitamente lo contrario.
BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS
Las formas de realizacion espedficas de la idea inventiva se describiran a continuacion, a modo de ejemplo,
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haciendo referencia a los dibujos adjuntos, en donde:
La Figura 1 es un diagrama esquematico de un sistema de alimentacion de corriente continua;
La Figura 2 es un diagrama esquematico de una unidad de generacion de energfa electrica en el sistema de alimentacion de corriente continua representado en la Figura 1;
La Figura 3a ilustra, a modo de ejemplo, un fallo en el sistema de alimentacion de corriente continua representado en la Figura 1; y
La Figura 3b ilustra otra realizacion, a modo de ejemplo, de un fallo en el sistema de alimentacion de corriente continua representado en la Figura 1.
DESCRIPCION DETALLADA
La idea inventiva se describira a continuacion, de forma mas completa, haciendo referencia a los dibujos adjuntos, en donde se muestran formas de realizacion a modo de ejemplo. La idea inventiva puede, sin embargo, materializarse en numerosas formas diferentes y no debe interpretarse como limitada a las formas de realizacion aqu descritas; en cambio, estas formas de realizacion se dan a conocer, a modo de ejemplo, de modo que esta idea inventiva se exponga de forma mas clara y completa y dara a conocer completamente el alcance de la presente invencion para los expertos en esta tecnica. Las referencias numericas similares estan en relacion con elementos similares a traves de toda la descripcion.
La Figura 1 ilustra un diagrama esquematico de una realizacion, a modo de ejemplo, de un sistema de alimentacion de corriente continua 1. El sistema de alimentacion de corriente continua 1 comprende una barra colectora de corriente continua principal 3 que tiene una primera barra colectora 3-1 y una segunda barra colectora 3-2 separables por medio de un interruptor Bustie 5, una primera unidad de generacion de energfa electrica P1, una segunda unidad de generacion de energfa electrica P2, una tercera unidad de generacion de energfa electrica P3, una cuarta unidad de generacion de energfa electrica P4, una unidad de almacenamiento de energfa E, una primera unidad de control D1 y una segunda unidad de control D2.
La primera unidad de control D1 y la segunda unidad de control D2 estan dispuestas para la alimentacion de motores electricos o equipos similares. Realizaciones, a modo de ejemplo, de dichas unidades de control son unidades de control unicas, unidades de control multiples y convertidores de frecuencias estaticos previstos para suministrar energfa a consumidores normales de corriente alterna con frecuencia de 50 Hz o 60 Hz.
Este sistema de alimentacion de corriente continua 1 comprende, ademas, conmutadores-aisladores 7, esto es, desconectores, asociados con una respectivamente unidad de generacion de energfa electrica P1, P2, P3, P4 para ser capaz de desconectar las unidades de generacion de energfa electrica P1, P2, P3, P4 desde la barra colectora de corriente continua principal 3. De este modo, cada unidad de generacion de energfa electrica puede aislarse respecto a un fallo en, a modo de ejemplo, la barra colectora de corriente continua principal 3 o pueden aislarse para fines de mantenimiento.
La primera unidad de generacion de energfa electrica P1 esta dispuesta para alimentar la barra colectora de corriente continua principal 3 y es conectable a la barra colectora de corriente continua principal 3 por intermedio de un conmutador-aislador 7. En conformidad con la realizacion, a modo de ejemplo, representada en la Figura 1, la primera unidad de generacion de energfa electrica P1 es conectable a la primera barra colectora 3-1.
La segunda unidad de generacion de energfa electrica P2 esta dispuesta para alimentar la barra colectora de corriente continua principal 3 y es conectable a la barra colectora de corriente continua principal 3 por intermedio de un conmutador-aislador 7. En conformidad con la realizacion, a modo de ejemplo, representada en la Figura 1, la segunda unidad de generacion de energfa electrica P2 es conectable a la primera barra colectora 3-1.
La tercera unidad de generacion de energfa electrica P3 esta dispuesta para alimentar la barra colectora de corriente continua principal 3 y es conectable a la barra colectora de corriente continua principal 3 por intermedio de un conmutador-aislador 7. En conformidad con la realizacion, a modo de ejemplo, representada en la Figura 1, la tercera unidad de generacion de energfa electrica P3 es conectable a la segunda barra colectora 3-2.
La cuarta unidad de generacion de energfa electrica P4 esta dispuesta para alimentar la barra colectora de corriente continua principal 3 y es conectable a la barra colectora de corriente continua principal 3 por intermedio de un conmutador-aislador 7. En conformidad con la realizacion, a modo de ejemplo, representada en la Figura 1, la cuarta unidad de generacion de energfa electrica P1 es conectable a la segunda barra colectora 3-2.
La primera unidad de generacion de energfa electrica P1 comprende un generador G1, tal como un generador impulsado por motor diesel, dispuesto para generar corriente alterna, y un rectificador R1 dispuesto para convertir la corriente alterna en corriente continua para alimentar a la barra colectora de corriente continua principal 3. El
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rectificador R1 puede estar provisto de fusibles dimensionados para su 'salto operativo' en caso de producirse un fallo en el rectificador R1.
La segunda unidad de generacion de energfa electrica P2, la tercera unidad de generacion de ene^a electrica P3 y la cuarta unidad de generacion de energfa electrica P4 pueden tener un diseno similar como la primera unidad de generacion de energfa electrica P1. Con esta finalidad, cada una de la segunda unidad de generacion de energfa electrica P2, la tercera unidad de generacion de energfa electrica P3 y la cuarta unidad de generacion de energfa electrica P4 pueden comprender un respectivo generador G2, G3, G4 y un respectivo rectificador R2, R3, R4 para proporcionar senales de corriente continua a la barra colectora de corriente continua principal 3. No obstante, conviene senalar que una combinacion de diferentes tipos de generadores es posible dentro del mismo sistema.
Cada una de la primera unidad de control D1 y la segunda unidad de control D2 tiene un sistema de barras colectoras de unidad de unidad de control DB que comprende una primera barra colectora DB1 y una segunda barra colectora DB2. Ademas, cada una de la primera unidad de control D1 y la segunda unidad de control D2 tiene varias unidades convertidoras, a continuacion indicadas, a modo de ejemplo por los inversores I1, I2, I3, conectados a su respectivo sistema de barras colectoras de unidad de control DB y fusibles F dispuestos entre los terminales de los inversores I1, I2, I3 y el sistema de barras colectoras de la unidad de control DB. Una realizacion, a modo de ejemplo, de un inversor adecuado es el inversor ACS800 de ABB.
Cada una de la primera unidad de control D1 y la segunda unidad de control D2 tiene, ademas, un primer tipo de unidad de entrada 17 que, en un extremo, esta dispuesta para la conexion con la barra colectora de corriente continua principal 3. En su otro extremo, el primer tipo de unidad de entrada 17 esta conectado al sistema de barras colectoras de la unidad de control DB. El primer tipo de unidad de entrada 17 comprende un conmutador-aislador dispuesto para desconectar la unidad de control D1, D2, desde la barra colectora de corriente continua principal 3 y un dispositivo de bloqueo de corriente 11 que es capaz de bloquear la circulacion de corriente en un sentido desde el sistema de barras colectoras de unidad de control DB a la barra colectora de corriente continua principal 3 y para permitir la circulacion de corriente en un sentido desde la barra colectora de corriente continua principal 3 al sistema de barras colectoras de la unidad de control DB. Dicho dispositivo de bloqueo de corriente pude ser un dispositivo de semiconductores tal como un diodo o varios diodos o un transistor bipolar de puerta aislada (IGBT), un tiristor o dispositivo similar.
Conviene senalar que dependiendo de la aplicacion, las unidades de control pueden disenarse con diferentes numeros de inversores, desde un inversor a una pluralidad de inversores. Ademas, el primer tipo de unidad de control puede, en una forma de realizacion, comprender una unidad de conmutacion de semiconductores conectada en una disposicion anti-paralelo con el dispositivo de bloqueo de corriente, con lo que se permite una alimentacion de energfa electrica inversa durante el funcionamiento normal del sistema de alimentacion de corriente continua. Dicha unidad de conmutacion de semiconductores puede ser, a modo de ejemplo, un transistor bipolar de puerta aislada (IGBT).
La unidad de almacenamiento de energfa E tiene un sistema de barras colectoras de unidad de almacenamiento de energfa EB que tiene una primera barra colectora EB1 y una segunda barra colectora EB2. La unidad de almacenamiento de energfa E comprende, ademas, unidades de provision de energfa tales como una unidad de batena B y un banco de condensadores C conectados al sistema de barras colectoras de unidad de almacenamiento de energfa EB, un convertidor corriente continua-corriente continua 15 conectado al sistema de barras colectoras de unidad de almacenamiento de energfa EB y fusibles F. Los fusibles F estan dispuestos entre los terminales del convertidor corriente continua-corriente continua 15 y el sistema de barras colectoras de unidad de almacenamiento de energfa EB entre el banco de condensadores C y el sistema de barras colectoras de la unidad de almacenamiento de energfa EB y entre la unidad de batena B y el sistema de barras colectoras de la unidad de almacenamiento de energfa EB.
Por medio del convertidor corriente continua-corriente continua 15, la salida de nivel de tension de la unidad de batena B puede controlarse si ha de proporcionarse energfa a la barra colectora de corriente continua principal 3 desde la unidad de almacenamiento de energfa E.
Conviene senalar que la unidad de almacenamiento de energfa E es una realizacion, a modo de ejemplo, de numerosas configuraciones posibles con respecto al numero de unidades de provision de energfa y los convertidores. A modo de ejemplo, algunas variantes de la unidad de almacenamiento de energfa E no tienen un banco de condensadores. La finalidad general de un banco de condensadores en la unidad de almacenamiento de energfa es servir de soporte al salto operativo de los fusibles en el caso de producirse un fallo interno.
La unidad de almacenamiento de energfa E, tiene, ademas, un segundo tipo de unidad de entrada 9 que, en un extremo, esta dispuesta para la conexion con la barra colectora de corriente continua principal 3. En su otro extremo, el segundo tipo de unidad de entrada 9 esta conectado al sistema de barras colectoras de unidad de almacenamiento de energfa EB. El segundo tipo de unidad de entrada 9 comprende un conmutador-aislador para desconectar la unidad de almacenamiento de energfa E desde la barra colectora de corriente continua principal 3, una unidad de conmutacion de semiconductores 13 y un dispositivo de bloqueo de corriente 11 que es capaz de
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bloquear la circulacion de corriente en el sentido desde el sistema de barras colectoras de la unidad de almacenamiento de ene^a EB a la barra colectora de corriente continua principal 3 y para permitir la circulacion de corriente en un sentido desde la barra colectora de corriente continua principal 3 al sistema de barras colectoras de la unidad de almacenamiento de energfa EB. Dicho dispositivo de bloqueo de corriente puede ser un dispositivo de semiconductores tal como un diodo o varios diodos, o un IGBT, un tiristor o dispositivo similar. La unidad de conmutacion de semiconductores 13 puede, a modo de ejemplo, ser un IGBT. La unidad de comunicacion de semiconductores 13 y el dispositivo de bloqueo de corriente 1l pueden estar dispuestos en un montaje denominado anti-paralelo, con lo que se permite la circulacion de corriente en el sentido desde el sistema de barras colectoras de la unidad de almacenamiento de energfa EB a la barra colectora de corriente continua principal 3 si el dispositivo de conmutacion de semiconductores 13 se establece en su estado saturado o abierto por medio de senales de control adecuadas. De este modo, por medio del dispositivo de bloqueo de corriente 11 y de la unidad de conmutacion de semiconductores 13, puede permitirse selectivamente que la corriente circule efectuando una derivacion respecto al dispositivo de bloqueo de corriente y circule hacia la barra colectora de corriente continua principal 3.
La Figura 2 es un diagrama esquematico de una unidad de generacion de energfa electrica P1. Los componentes internos del rectificador R1 se ilustran a este respecto. Para cada fase electrica, la senal de corriente alterna generada por el generador G1 se proporciona a una rama respectiva del rectificador R1. Los dispositivos de conmutacion T se proporcionan en cada rama, cuyo dispositivo de conmutacion T pueden controlarse de tal manera que una senal de corriente continua pueda proporcionarse a la salida por el rectificador R1. En la realizacion, a modo de ejemplo, representada en la Figura 2, los dispositivos de conmutacion se representan por tiristores, aunque son tambien posibles otros medios de conmutacion p.e., IGBTs. Ademas, el rectificador R1 comprende fusibles F para la proteccion del rectificador R1 en caso de un fallo, esto es, un cortocircuito en el rectificador R1. En ese caso, uno o mas de los fusibles tendra un salto operativo en respuesta a corrientes de fallos que circulan hacia la zona defectuosa y a traves de los fusibles F. En la realizacion, a modo de ejemplo, representada en la Figura 2, cada dispositivo de conmutacion T esta asociado con un fusible F. De este modo, cada rama, esto es, cada fase, esta asociada con dos fusibles F. Otras realizaciones posibles de la unidad de generacion de energfa electrica P1 incluyen un diseno denominado de 'pie de cabra' junto con un diodo en el polo positivo de los terminales de corriente continua del rectificador. La idea general es que si se produce un fallo interno el rectificador con generador se aislara por sf mismo respecto al sistema de alimentacion de corriente continua para minimizar las consecuencias para el sistema mas amplio.
Los fusibles F en el rectificador estan dimensionados, de forma ventajosa, de modo que no efectuen un salto operativo cuando se sometan a corrientes de fallos como resultado de fallos producidos flujo abajo del rectificador. El termino de flujo abajo ha de entenderse en relacion con un sentido de circulacion de corriente en el sistema de alimentacion de corriente continua 1.
La Figura 3a es una realizacion, a modo de ejemplo, de una situacion cuando se ha producido un fallo 19 en el sistema de alimentacion de corriente continua 1. En la realizacion, a modo de ejemplo, representada en la Figura 3a, el fallo 19 es un cortocircuito y se ha producido en la barra colectora de corriente continua principal 3. Por lo tanto, el fallo 19 es un fallo global. Varias estrategias de gestion de fallos diferentes son posibles en este caso.
En uno u otro caso, debido al fallo 19, las corrientes de fallos 20-1, 20-2, 20-3, 20-4 circulan hacia el emplazamiento del fallo 19, que esta en la primera barra colectora 3-1 en esta realizacion a modo de ejemplo. En general, el fallo 19 se detecta por al menos uno de entre una pluralidad de sensores que controlan el sistema de alimentacion de corriente continua 1, p.e., sensores medidores de la corriente.
En conformidad con una estrategia para gestionar el fallo, al interruptor Bustie 5 se proporciona el mando abierto cuando se detecta el fallo. El lado no defectuoso, esto es, la segunda barra colectora 3-2 se reinicia automaticamente despues de la division. De este modo, una vez que el sistema de alimentacion de corriente continua ha sido dividido, el lado no defectuoso reanuda el funcionamiento. El lado defectuoso, esto es, la primera barra colectora 3-1, si tiene conocimiento del emplazamiento del fallo, no sena reiniciado. Si no tiene conocimiento del emplazamiento, debido a falta de informacion, el lado defectuoso intentana efectuar un reinicio para detectar el fallo.
En otra version de la estrategia, los rectificadores R1, R2, R3, R4 de las unidades de generacion de energfa electrica P1-P4 estan controlados de modo que su salida de corriente tienda hacia cero y cualquier otro fuente de energfa limitana tambien la corriente en el sistema de alimentacion de corriente continua al mismo tiempo que proporciona la orden de apertura el interruptor Bustie 5. Una vez realizada la division del sistema, el lado no defectuoso detecta que se elimina el fallo, mientras que el lado defectuoso vera persistir el fallo. Lo que antecede hara que la fuente de energfa, p.e., las unidades de generacion de energfa electrica, en el lado defectuoso, bloqueen la corriente en fallo.
En otra version de la estrategia, las fuentes de energfa pueden limitar su tension de salida y corrientes a un nivel que permitina funcionar a los conmutadores-aisladores dentro de sus regfmenes nominales, en donde los conmutadores- aisladores 7 pueden desconectar las unidades de generacion de energfa electrica desde la barra colectora de corriente continua principal 3.
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La primera unidad de control D1 y la segunda unidad de control D2 no contribuyen, o al menos contribuyen en magnitud mmima, a la corriente de fallo debido a la caractenstica de bloqueo de corriente de los dispositivos de bloqueo de corriente 11. Ademas, debido a los conmutadores-aisladores del primer tipo de unidades de entrada 17, la primera unidad de control D1 y la segunda unidad de control D2 pueden desconectarse de la barra colectora de corriente continua principal 3. De este modo, cada una de la primera unidad de control D1 y la segunda unidad de control D2 pueden protegerse en caso de producirse un fallo en la barra colectora de corriente continua principal 3.
La unidad de almacenamiento de energfa E esta tambien protegida durante el fallo 19 en la barra colectora de corriente continua principal 3. Si la unidad de almacenamiento de energfa E estaba en el intermedio operativo de proporcionar energfa electrica a la barra colectora de corriente continua principal 3 antes de la ocurrencia del fallo 19, la salida de corriente del convertidor corriente continua-corriente continua 15 puede controlarse, p.e., establecerse a cero. De este modo, la unidad de almacenamiento de energfa E puede aislarse de la barra colectora de corriente continua principal 3 por intermedio del conmutador-aislador del segundo tipo de unidad de entrada 9. Ademas, antes de que la unidad de almacenamiento de energfa E este aislada de la barra colectora de corriente continua principal 3, el segundo tipo de unidad de entrada 9 puede bloquear la circulacion de corriente hacia el emplazamiento del fallo 19. Lo que antecede se obtiene por medio del dispositivo de bloqueo de corriente 11 del segundo tipo de unidad de entrada 9 y estableciendo la unidad de conmutacion de semiconductores 13 en su estado de desactivacion.
Por medio de las propiedades de bloqueo de la circulacion de corriente del primer tipo de dispositivo de entrada 17 y del segundo tipo de dispositivo de entrada 9, las corrientes de fallos hacia el emplazamiento del fallo 19 pueden reducirse en gran medida.
Haciendo referencia a la Figura 3b, se describira ahora una situacion operativa en donde ha ocurrido un fallo 22 en la primera unidad de control D1. Este fallo, es por lo tanto, un fallo local en la primera unidad de control D1.
En conformidad con la realizacion a modo de ejemplo en la Figura 3b, se ha producido un cortocircuito en el sistema de barras colectoras de la unidad de control DB. La primera barra colectora DB-1 y la segunda barra colectora DB-2 pueden, a modo de ejemplo, estar cortocircuitadas. Cuando ha ocurrido el fallo 22, las corrientes 23-1, 23-2, 23-3, 23-4 y 23-5 circulan hacia el emplazamiento del fallo 22. Las corrientes 23-3, 23-4, 23-5 se proporcionan por los bancos de condensadores en los inversores I1, I2, I3. Puesto que las corrientes 23-3, 23-4, 23-5 proporcionadas por los bancos de condensadores circulan a traves de los fusibles F dispuestos en la primera unidad de control D1, los fusibles F probablemente efectuaran un salto operativo, con lo que se desconectan los inversores I1, I2, I3 desde el emplazamiento del fallo 22. La carga conectada a los inversores I1, I2, I3 se desconecta, de este modo, del sistema de barras colectoras de la unidad de control DB. Puesto que se reduce la intensidad de corriente desde la unidades de generacion de energfa electrica P1, P2, P3, P4, a modo de ejemplo, mediante un control adecuado de los rectificadores R1, R2, R3, R4, el conmutador-aislador del primer tipo de unidad de entrada 17 de la primera unidad de control D1 puede desconectar la primera unidad de control D1 desde la barra colectora de corriente continua principal 3 y de este modo, aislar completamente el emplazamiento del fallo 22. Cuando se haya aislado el emplazamiento del fallo 22, las partes restantes del sistema de alimentacion de corriente continua 1 pueden reanudar su funcionamiento normal.
Esencialmente, ninguna corriente se proporciona al emplazamiento del fallo 22 por los bancos de condensadores de la segunda unidad de control D2 debido al dispositivo de bloqueo de corriente 11 en el primer tipo de unidad de entrada 17 de la segunda unidad de control D2.
Ademas, el segundo tipo de unidad de entrada 9 de la unidad de almacenamiento de energfa E puede bloquear la circulacion de corriente hacia el emplazamiento del fallo 22. Esto se obtiene por medio del dispositivo de bloqueo de corriente 11 del segundo tipo de unidad de entrada 9 y estableciendo la unidad de conmutacion de semiconductores 13 en su estado de desactivacion.
Por lo tanto, por medio de las propiedades de bloqueo de corriente del primer tipo de dispositivo de entrada 17 y del segundo tipo de dispositivo de entrada 9, pueden reducirse las corrientes de fallo hacia el emplazamiento del fallo 22.
En situaciones cuando se produce un fallo flujo abajo de un inversor I1, I2, I3, dicho fallo se suele gestionar por los fusibles F de ese inversor.
En general, los fallos flujos debajo de los fusibles dentro una unidad, tal como una unidad de generacion de energfa electrica, la unidad de almacenamiento de energfa y o la unidad de control, se gestionan por los fusibles de esa unidad.
El sistema de alimentacion de corriente continua aqm descrito puede utilizarse ventajosamente como un sistema de alimentacion de energfa a bordo para suministrar energfa a un buque o como un sistema de suministro de energfa electrica en otros espacios confinados en donde la presencia de grandes disyuntores de corriente continua es indeseable. El presente sistema de alimentacion de corriente continua suele utilizarse en un entorno de baja tension
aunque se consideran tambien las aplicaciones de mas alta tension p.e., de tension media.
El concepto inventivo ha sido descrito principalmente con anterioridad haciendo referencia a algunos ejemplos de realizacion. Sin embargo, como se aprecia facilmente por los expertos en esta tecnica, son igualmente posibles otras 5 formas de realizacion que las anteriormente descritas dentro del alcance de la idea inventiva, segun se define por las reivindicaciones adjuntas. A modo de ejemplo, un sistema de alimentacion de corriente continua, en conformidad con la presente invencion, puede incluir menos o mas unidades de generacion de energfa electrica que las utilizadas en el ejemplo descrito en la Figura 1. Ademas, el sistema de alimentacion de corriente continua no tiene que incluir una unidad de almacenamiento de energfa o puede incluir unidades de almacenamiento de energfa adicionales y/o 10 menos o mas unidades de control.

Claims (11)

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    REIVINDICACIONES
    1. Un sistema de alimentacion de corriente continua (1) para suministrar ene^a a un buque, que comprende: una barra colectora de corriente continua principal (3),
    una unidad de generacion de energfa electrica (P1, P2, P3, P4) adaptada para la alimentacion de la barra colectora de corriente continua principal (3),
    un desconector (7) dispuesto entre la barra colectora de corriente continua principal (3) y la unidad de generacion de energfa electrica (P1, P2, P3, P4) para aislar la unidad de generacion de energfa electrica (P1, P2, P3, P4) con respecto a la barra colectora de corriente continua principal (3) en caso de un fallo de la barra colectora de corriente continua principal, en donde cuando se ha producido un fallo en el sistema de alimentacion de corriente continua (1), la unidad de generacion de energfa electrica puede limitar su tension y su corriente de salida a un nivel que permita al desconector funcionar dentro de los lfmites de su regimen nominal, y
    una unidad de control (D1, D2) dispuesta para ser alimentada por la barra colectora de corriente continua principal (3), en donde la unidad de control (D1, D2) comprende un sistema de barras colectoras de unidad de control (DB), unidades convertidoras (I1, I2, I3) conectadas al sistema de barras colectoras de unidad de control (DB), y fusibles (F) dispuestos entre el sistema de barras colectoras de unidad de control (DB) y las unidades convertidoras (I1, I2, I3) para proteger las unidades convertidoras (I1, I2, I3) en caso de un fallo de la unidad de control,
    en donde la unidad de control (D1, D2) comprende un primer tipo de unidad de entrada (17) dispuesta entre la barra colectora de corriente continua principal (3) y el sistema de barras colectoras de unidad de control (DB) y en donde el primer tipo de unidad de entrada (17) comprende un desconector para desconectar la unidad de control (D1, D2) desde la barra colectora de corriente continua principal (3) en caso de un fallo de la unidad de control.
  2. 2. El sistema de alimentacion de corriente continua (1) segun la reivindicacion 1, en donde el primer tipo de unidad de entrada (17) comprende un dispositivo de bloqueo de la corriente (11) dispuestos para bloquear las corrientes en un sentido desde el sistema de barras colectoras de la unidad de control (DB) a la barra colectora de corriente continua principal (3) y para permitir la circulacion de corriente desde la barra colectora de corriente continua principal (3) a la unidad de control (D1, D2).
  3. 3. El sistema de alimentacion de corriente continua (1) segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende una unidad de almacenamiento de energfa (E) dispuesta para la alimentacion de la barra colectora de corriente continua principal (3), en donde la unidad de almacenamiento de energfa (E) comprende un sistema de barras colectoras de unidad de almacenamiento de energfa (EB), unidades de provision de energfa (B, C) y fusibles (F) dispuestos entre el sistema de barras colectoras de unidad de almacenamiento de energfa (EB) y las unidades de provision de energfa (B, C) para proteccion de las unidades de provision de energfa (B, C) en caso de un fallo de la unidad de almacenamiento de energfa.
  4. 4. El sistema de alimentacion de corriente continua (1) segun la reivindicacion 3, en donde la unidad de almacenamiento de energfa (E) comprende un segundo tipo de unidad de entrada (9) dispuesta entre el sistema de barras colectoras de unidad de almacenamiento de energfa (EB) y la barra colectora de corriente continua principal (3), en donde el segundo tipo de unidad de entrada (9) comprende un desconector para desconectar la unidad de almacenamiento de energfa (E) desde la barra colectora de corriente continua principal (3) en caso de un fallo de la unidad de almacenamiento de energfa.
  5. 5. El sistema de alimentacion de corriente continua (1) segun la reivindicacion 4, en donde el segundo tipo de unidad de entrada (9) comprende un dispositivo de bloqueo de corriente (11) dispuesto para bloquear corrientes en un sentido desde el sistema de barras colectoras de unidad de almacenamiento de energfa (EB) a la barra colectora de corriente continua principal (3) y para permitir la circulacion de corriente desde la barra colectora de corriente continua principal (3) a la unidad de almacenamiento de energfa (E) y una unidad de conmutacion de semiconductores (13) para permitir selectivamente a la corriente efectuar una desviacion, bypass, del dispositivo de bloqueo de corriente (11) y circular hacia la barra colectora de corriente continua principal (3).
  6. 6. El sistema de alimentacion de corriente continua (1) segun la reivindicacion 5, en donde el dispositivo de bloqueo de corriente (11) y la unidad de conmutacion de semiconductores (13) estan conectados en una disposicion anti-paralelo.
  7. 7. El sistema de alimentacion de corriente continua (1) segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde la unidad de generacion de energfa electrica (P1, P2, P3, P4) comprende un generador (G1, G2, G3, G4) y un rectificador (R1, R2, R3, R4), en donde el rectificador (R1, R2, R3, R4) incluye una pluralidad de fusibles (F) dispuestos para proteger el rectificador (R1, R2, R3, R4) en caso de un fallo del rectificador.
  8. 8. El sistema de alimentacion de corriente continua (1) segun la reivindicacion 7, en donde la pluralidad de fusibles
    (F) incluidos en el rectificador (R1, R2, R3, R4) estan dimensionados de modo que no 'salten' cuando estan sometidos a corrientes de fallos en flujo descendente del rectificador (R1, R2, R3, R4).
  9. 9. El sistema de alimentacion de corriente continua (1) segun cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en 5 donde cada unidad convertidora (I1, I2, I3) tiene terminales conectados a las barras colectoras de la unidad de
    control (DB), en donde cada terminal de una unidad convertidora (I1, I2, I3) esta conectado a un fusible (F).
  10. 10. El sistema de alimentacion de corriente continua (1) segun cualquiera de las reivindicaciones 2 a 9, en donde el dispositivo de bloqueo de corriente (11) es un diodo.
    10
  11. 11. El sistema de alimentacion de corriente continua (1) segun cualquiera de las reivindicaciones 2 a 10, en donde la primera unidad de entrada comprende una unidad de conmutacion de semiconductores conectada en una disposicion anti-paralelo con el dispositivo de bloqueo de corriente para permitir selectivamente que la corriente circule en derivacion respecto al dispositivo de bloqueo de corriente y circule hacia la barra colectora de corriente
    15 continua principal.
    20
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