ES2614713T3 - Módulo de almacenamiento de energía con circuito intermedio de tensión continua - Google Patents
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Abstract
Un módulo de almacenamiento de energía (1) para el almacenamiento reversible de energía eléctrica en forma de energía de rotación mecánica, que incluye varias unidades acumuladoras de volante (2), por lo menos un sistema de regulación (3) y por lo menos una unidad de control del módulo (4), en el que las unidades acumuladoras de volante (2) están conectadas eléctricamente en paralelo a través de un circuito intermedio de tensión continua común (5), caracterizado porque el sistema de regulación (3) con un lado de salida (31) está conectado con el circuito intermedio de tensión continua común (5) y con un lado de entrada (32) está conectado con por lo menos una red de tensión alterna suprarregional (NS) como una de las redes de tensión externas (LS, NS), y está configurado para regular el flujo de energía entre la red de tensión alterna suprarregional (NS) como red de tensión externa conectada y las unidades acumuladoras de volante (2) para la ejecución de funciones de regulación y sistema no locales en la red de tensión alterna suprarregional de una manera prescrita por la unidad de control del módulo mediante la transmisión (U1) de especificaciones del par de fuerzas (DV) apropiadas para las unidades acumuladoras de volante (2) para el suministro (Ep) o la recepción (En) de energía al/del circuito intermedio de tensión continua (5), de tal manera que la tensión continua (DC) con el suministro (Ep) de energía a por lo menos la red de tensión alterna suprarregional y con la recepción de energía (En) der por lo menos la red de tensión alterna suprarregional permanece sustancialmente constante entre un valor de umbral superior (SW1) y un valor de umbral inferior (SW2).
Description
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local, para proveer una correspondiente compensación de potencia reactiva, o la medición de la tensión en caso de una absorción de carga demasiado grande o demasiado pequeña en la red de tensión externa local para conservar la calidad de la tensión. Para otras funciones de regulación y sistema, se almacenan secuencias de reacción correspondientes en el control.
En otra forma de realización, la unidad de control del módulo está configurada para recibir datos externos y adaptar las especificaciones del par de fuerzas a los datos externos recibidos, y preferentemente tales datos externos son magnitudes de medición físicas, magnitudes lógicas, comandos de control en tiempo real o comandos de control para el control del desarrollo. El plan de operación puede basarse, por ejemplo, en datos externos (instrucciones de control) con respecto a las funciones de regulación y de sistema locales y no locales. Adicionalmente, la unidad de control del módulo es capaz de reaccionar de manera correspondiente a cambios en las condiciones en la red eléctrica externa local y aumentar o mantener constante la calidad de la red de la red eléctrica externa local mediante la alimentación de energía o la recepción de energía, o volver a mejorar la calidad de la red en el caso de un fallo en la red eléctrica externa local. Los datos externos recibidos (instrucciones de control), que en lo siguiente también se denominan como instrucciones, corresponden a las funciones de regulación y de sistema locales y/o no locales para el módulo de almacenamiento de energía, que son ejecutadas correspondientemente por la unidad de control del módulo. El término “ejecutar” se refiere aquí al control del módulo de almacenamiento de energía por la unidad de control del módulo de acuerdo con las instrucciones de control existentes (datos externos) para las funciones de regulación y de sistema locales y no locales para las redes eléctricas conectadas. Los datos externos son transmitidos, por ejemplo, por una unidad de control externa que, por ejemplo, regula la demanda de energía de regulación para la red de tensión alterna no local (red eléctrica) y puede cubrir esta demanda en el marco de las capacidades libres (no requeridas para funciones) del módulo de almacenamiento de energía en forma de funciones de regulación y sistema no locales desde el módulo de almacenamiento de energía a través de la red de comunicaciones. Otros sistemas externos adicionales, de los que el módulo de almacenamiento de energía podría recibir las funciones de regulación y sistema no locales, serían, por ejemplo, un sistema compuesto de soporte de potencia o una bolsa de corriente, en base a las que la alimentación o la recepción de energía es particularmente ventajosa durante determinadas horas de servicio. Otras magnitudes externas para funciones de regulación y sistema no locales son, por ejemplo, la demanda de potencia reactiva, una compensación de cargas pico o la demanda de almacenamiento local requerida en la red de tensión alterna no local (red eléctrica).
El término “recibir” describe todo tipo de eventos, en los que los datos externos son transmitidos al módulo de almacenamiento de energía. Éstos datos externos son, por ejemplo, instrucciones de control, en base a los que la unidad de control del módulo controla el módulo de almacenamiento de energía. Los datos externos son transmitidos por sistemas externos, por ejemplo, sistemas de control de la red de tensión alterna local (red eléctrica), un control combinado de orden superior o puntos de medición locales. Estas instrucciones de control (datos externos) incluyen las funciones de regulación y sistema locales y no locales, que son ejecutadas por el módulo de almacenamiento de energía de acuerdo con la presente invención en el marco de sus posibilidades. Los datos externos (instrucciones de control), sin embargo, también pueden recibirse a través de una interfaz de datos de un soporte de datos mediante la lectura del mismo en una unidad para soportes de datos correspondiente (por ejemplo, un CD-ROM) o a través de una interfaz de soporte de datos (por ejemplo, una memoria USB). Alternativamente, las instrucciones de control externas también se pueden recibir por introducción directa a través de una interfaz de usuario correspondiente (pantalla y teclado).
En una forma de realización, el módulo de almacenamiento de energía está equipado con interfaces correspondientes para enviar al exterior los datos de servicio generados en el módulo de almacenamiento de energía de acuerdo con la presente invención, a fin de que los respectivos datos de servicio puedan ser puestos a disposición en los sistemas externos para las funciones de regulación y sistema a ser recibidas desde allí. Sin embargo, el envío también puede referirse al envío de una señal de prueba, para probar una conexión de datos existente.
Para la ejecución de las funciones de regulación y de sistema, en una forma de realización la unidad de control del módulo incluye una gestión de prioridades para ejecutar los diferentes datos externos (instrucciones de control), en lo que la ejecución de las instrucciones de control externas tiene prioridad con respecto a las funciones de regulación y sistema locales en la o las redes de tensión alterna locales (redes eléctricas) frente a la ejecución de las instrucciones de control externas referidas a funciones de regulación y sistema no locales en la red de tensión alterna no local (red eléctrica). La gestión de prioridades puede realizarse como almacén de datos, al que recurre la unidad de control del módulo y que ejecuta las siguientes instrucciones de control externas de acuerdo con las prioridades fijadas. A este respecto, las prioridades pueden estar almacenadas en la memoria de datos de manera inalterable frente a un acceso externo. Un cambio de las prioridades puede efectuarse, por ejemplo, mediante el intercambio de la correspondiente memoria de datos o del archivo correspondiente con la gestión de prioridades directamente in situ en el módulo de almacenamiento de energía.
En otra forma de realización adicional, la unidad de control del módulo está prevista para que en caso de perturbaciones en la recepción de los datos externos (instrucciones de control) disponga de la capacidad de almacenamiento del módulo y de la potencia del módulo exclusivamente para efectuar funciones de regulación y sistema locales en la o las redes de tensión externas locales (redes eléctricas), hasta que la recepción de datos externos nuevamente sea posible. Para determinar una perturbación de la recepción de datos, la unidad de control
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del módulo puede enviar periódicamente señales de prueba hacia el exterior y procesar la falta de una correspondiente señal de respuesta como verificación de una perturbación de la recepción. Una señal de prueba de este tipo es, por ejemplo, un así llamado apretón de manos digital, por el que se comprueba la existencia de la conexión de comunicaciones. La preferencia de las funciones de regulación y sistema locales es ventajosa, ya que después de un fallo de la comunicación hacia el exterior la unidad de control del módulo ya no recibe ningún aviso de respuesta con respecto al estado actual de la red de tensión externa no local (red eléctrica). Si la unidad de control del módulo en tal caso simplemente ejecutará las funciones existentes sin recibir otros datos externos adicionales (señales de control), esto, bajo determinadas circunstancias, podría resultar incluso en el fallo de la red de tensión externas (red eléctrica) por sobrecarga. Por lo tanto, es ventajoso ejecutar solamente las funciones de regulación y sistema locales que el módulo de almacenamiento de energía tenga que efectuar obligatoriamente y que dado el caso pueda vigilar por sí mismo la idoneidad de estas funciones locales a través de unidades de medición propias.
En una forma de realización adicional, la unidad de control del módulo está configurada para registrar y evaluar, además de la velocidad o número de revoluciones, también otros datos de servicio del módulo de almacenamiento de energía y enviar al exterior a través de una de las interfaces de datos un protocolo de informe, que incluye los datos de servicio, por ejemplo, a sistemas de dirección externos o unidades de control externas correspondientes, desde donde el módulo de almacenamiento de energía recibe los datos externos. Con esto, en el sistema de dirección externo (o unidades de control) se pueden tener en cuenta por lo menos los datos de servicio para los datos externos a ser recibidos (instrucciones de control). Los datos de servicio del módulo de almacenamiento de energía indican, por ejemplo, qué capacidad de almacenamiento del módulo y potencia del módulo existe y qué capacidad no local (momentáneamente) libre (la capacidad del módulo de almacenamiento que no se requiere para funciones de regulación y sistema locales) y potencia no local (momentáneamente) libre (la potencia del módulo que no se requiere para funciones de regulación y sistema locales) tiene disponible el módulo de almacenamiento de energía para funciones no locales y/o qué funciones de regulación y sistema locales están planeadas para el futuro. A este respecto, los datos de servicio pueden ser medidos por la propia unidad de control del módulo a través de sensores de servicio, o alternativamente los datos de servicio son transmitidos por otros módulos a través de líneas de datos correspondientes. Los datos de servicio registrados de esta manera se evalúan de acuerdo con un esquema almacenado en la unidad de control del módulo por la misma unidad de control del módulo, por ejemplo, mediante un programa de software correspondiente, y transmitidos como datos de servicio en un formato predeterminado a través de las interfaces de datos arriba mencionadas. El envío de los datos de servicio se efectúa por solicitud de la aplicación, por ejemplo, en intervalos de un segundo. La unidad de control del módulo registra, por ejemplo, los valores reales de los estados de almacenamiento de las distintas unidades acumuladoras de volante, los estados de las redes eléctricas conectadas (por ejemplo, tensión y corriente) y procesa estos datos para efectuar las funciones de regulación y sistema locales y no locales. El protocolo de informe, por ejemplo, además de los datos de servicio también puede incluir la identidad del módulo de almacenamiento de energía en forma de una denominación característica, tal como un número característico, y posiblemente también el lugar en el que se encuentra emplazado el módulo de almacenamiento de energía, en forma de coordenadas geográficas. A este respecto, el protocolo de informe tiene un formato de datos apropiado, por ejemplo, un formato de datos encriptados, para poder ser recibido y procesado por los sitios externos deseados. Los datos de servicio enviados, incluyendo la información sobre datos reales y de planificación de capacidades libres del módulo de almacenamiento y de potencias libres del módulo de almacenamiento pueden ser recibidas, desencriptadas y planificadas de manera correspondiente entonces por un control directivo externo (o una unidad de control externas), para luego enviar de regreso al módulo de almacenamiento de energía las correspondientes funciones de regulación y sistema no locales y locales específicas de la instalación en forma de datos externos (instrucciones de control).
En una forma de realización adicional, el módulo de almacenamiento de energía incluye además grupos secundarios para la operación de las unidades acumuladoras de volante, y la unidad de control del módulo está configurada para adaptar el control de los grupos secundarios a los datos de servicio internos recibidos o a los datos externos recibidos. Preferentemente, los datos de servicio internos incluyen cargas térmicas dentro del módulo de almacenamiento de energía, tales como de las unidades acumuladoras de volante o de otros sistemas internos del módulo. Otros sistemas internos del módulo son, por ejemplo, un sistema de vacío, un sistema de calefacción o de refrigeración, u otros sistemas de abastecimiento. Con esto se incrementa el grado de rendimiento del módulo de almacenamiento de energía. Las pérdidas eléctricas internas pueden minimizarse a través de una influencia ejercida específicamente sobre el comportamiento de servicio o sobre el punto de servicio de los grupos secundarios en función de magnitudes de medición actuales tanto internas como externas de la instalación. Por ejemplo, la temperatura de salida de una máquina frigorífica, como ejemplo de un grupo secundario, puede incrementarse o reducirse, en función de las cargas actuales internas/externas. Por ejemplo, un calor de escape reducido de las unidades acumuladoras de volante puede ser aprovechado para reducir la potencia frigorífica de la máquina frigorífica, lo que ahorra energía de servicio para la máquina frigorífica. En otro ejemplo, la potencia de una bomba de vacío para generar un vacío de servicio en los acumuladores de volante puede usarse de manera cíclica en función de la presión interna de los acumuladores de energía, o incluso desconectarse por completo. Este tipo de medidas sirve para ahorrar energía de servicio y de esta manera incrementan el grado de rendimiento y permiten con ello la puesta a disposición de un módulo de almacenamiento de energía más efectivo.
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En una forma de realización adicional, el módulo de almacenamiento de energía comprende adicionalmente uno o varios sumideros de potencia conectados con los grupos secundarios. Con esto se posibilita una absorción adicional de energía adicional, cuando las unidades acumuladoras de volante están completamente cargadas. Por ejemplo, la capacidad del módulo de almacenamiento de energía puede ser aumentada para recibir potencia eléctrica externa (por ejemplo, potencia de regulación primaria o secundaria de una de las redes de tensión alterna) mediante el uso dirigido de una instalación frigorífica con un circuito frigorífico primario y secundario, debido a que el circuito frigorífico secundario de la instalación frigorífica simultáneamente es refrigerado por el circuito primario y calentado eléctricamente, por ejemplo, por medio de un hervidor de inmersión en el tanque de almacenamiento como primer sumidero de potencia, lo que resulta en una mayor potencia frigorífica del circuito frigorífico primario (absorción de potencia incrementada de la máquina frigorífica como segundo sumidero de potencia). El aumento de la capacidad de almacenamiento del módulo por encima de la suma nominal de las capacidades de almacenamiento unitarias puede efectuarse dependiendo de las condiciones ambientales o del punto de servicio de la instalación a través de la absorción de potencia (eléctrica) del sistema de refrigeración y/o el sistema de vacío, de manera intencional por encima de la medida requerida para un servicio normal. Una cantidad de refrigeración ahorrada de esta manera, o el nivel de vacío alcanzado adicionalmente por debajo de un vacío nominal, respectivamente, puede aprovecharse y, por lo tanto, ahorrarse en un momento posterior, gracias a los grupos secundarios no usados y el correspondiente ahorro de energía de servicio asociado a ello, cuando exista una demanda incrementada.
La presente invención se refiere adicionalmente a un procedimiento para controlar el módulo de almacenamiento de energía que incluye varias unidades acumuladoras de volante, por lo menos un sistema de regulación y por lo menos una unidad de control del módulo, en el que las unidades acumuladoras de volante están conectadas eléctricamente en paralelo a través de un circuito intermedio de tensión continua común y el sistema de regulación está conectado con un lado de salida con el circuito intermedio de tensión continua común y con un lado de entrada con por lo menos una red de tensión alterna suprarregional como una de las redes de tensión externa, y está previsto para mantener sustancialmente constante la tensión continua en el circuito intermedio de tensión continua entre un valor de umbral superior y un valor de umbral inferior, que comprende las siguientes etapas:
-Regular el flujo de energía entre la red de tensión alterna suprarregional como red de tensión externa conectada
y las unidades acumuladoras de volante para la ejecución de funciones de regulación y sistema no locales en la
red de tensión alterna suprarregional de una manera prescrita por la unidad de control del módulo, mediante: -la transmisión de una especificación del par de fuerzas para acelerar las unidades acumuladoras de volante por
la unidad de control del módulo a las unidades acumuladoras de volante con un flujo de energía proveniente por
lo menos de la red de tensión alterna suprarregional al interior del circuito intermedio de tensión continua, o -la transmisión de una especificación del par de fuerzas para frenar las unidades acumuladoras de volante por la
unidad de control del módulo a las unidades acumuladoras de volante con un flujo de energía proveniente del
circuito intermedio de tensión continua por lo menos hacia la red de tensión alterna suprarregional, o -ninguna transmisión de especificaciones de par de fuerzas para las unidades acumuladoras de volante en
ausencia de un flujo de energía hacia o desde el circuito intermedio de tensión continua.
Breve descripción de los dibujos
Estos y otros aspectos de la presente invención se describen a continuación más detalladamente con referencia a las figuras, en las que:
La Fig. 1 muestra una forma de realización del módulo de almacenamiento de energía de acuerdo con la presente invención.
La Fig. 2 muestra una forma de realización del sistema de regulación con caja de regulación.
La Fig. 3 muestra una forma de realización del procedimiento de acuerdo con la presente invención para la operación del módulo de almacenamiento de energía.
La Fig. 4 muestra una forma de realización adicional del procedimiento de acuerdo con la presente invención para la operación del módulo de almacenamiento de energía.
Descripción detallada de los ejemplos de realización
La Fig. 1 muestra una forma de realización del módulo de almacenamiento de energía 1 de acuerdo con la presente invención para el almacenamiento reversible de energía eléctrica en forma de energía de rotación mecánica, que en este ejemplo presenta cuatro unidades acumuladoras de volante 2 con sus respectivas capacidades de almacenamiento de unidad EK y potencias de unidad EL. Este reducido número ha sido seleccionado por motivos de claridad en la representación esquemática. Para la aplicación real, un módulo de almacenamiento de energía comprende, por ejemplo, treinta unidades acumuladoras de volante 2. En esta forma de realización, con las capacidades individuales arriba mencionadas se obtendría por cada acumulador de energía de volante una capacidad de almacenamiento máxima de 150 kWh y una potencia máxima de 0,6 MW por cada módulo de almacenamiento de energía. Cada una de las unidades acumuladoras de volante 2 comprende un transformador electromagnético 23, que está conectado eléctricamente a través de una regulación de motor 21, preferentemente un convertidor de frecuencia 21, al circuito intermedio de tensión continua 5. El circuito intermedio de tensión
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continua 5 sirve para que todas las unidades acumuladoras de volante 2 puedan ser conectadas en paralelo entre sí, para que las capacidades de almacenamiento de unidad EK se puedan sumar en una capacidad de almacenamiento del módulo MSK y una potencia del módulo ML, de tal manera que una unidad acumuladora de volante defectuosa no ponga en peligro la capacidad de funcionamiento del módulo de almacenamiento de energía 1 en su totalidad. El circuito intermedio de tensión continua está conectado con un sistema de regulación 3 con el lado de salida 31 del mismo. El lado de entrada 32 del sistema de regulación 3 está conectado con una red de tensión local externa LS y con una red de tensión no local NS. La unidad de control del módulo 4 controla el módulo de almacenamiento de energía 1 a través de las especificaciones de par de fuerzas DV (preferentemente, especificaciones del par de fuerzas en función del tiempo), que son generadas por la unidad de control del módulo 4 y transmitidas a las unidades acumuladoras de volante 2 durante el funcionamiento del módulo de almacenamiento de energía 1, U1. Debido a las especificaciones del par de fuerzas DV, las unidades acumuladoras de volante 2 almacenan energía en forma de corriente en el circuito intermedio de tensión continua 5, o toman energía en forma de corriente del circuito intermedio de tensión continua 5. A este respecto, el sistema de regulación 3 regula la tensión continua DC en el circuito intermedio de tensión continua 5 mediante el suministro (Ep) de energía por lo menos una de las dos redes de tensión externas LS, NS, o mediante la toma En de energía de por lo menos una de las dos redes de tensión externas LS, NS entre un valor de umbral superior SW1 (tensión continua nominal +5 V) y un valor de umbral inferior SW2 (tensión continua nominal -5 V), de tal manera que la tensión continua DC se mantiene sustancialmente constante en un valor de, por ejemplo, 750 V. En esta forma de realización, además del sistema de regulación 3, que mantiene constante la tensión continua DC en el circuito intermedio de tensión continua 5 entre los valores de umbral superior e inferior SW1, SW2 (sistema de regulación original), un sistema de regulación adicional 3’ está conectado como sistema de regulación adicional 3’ en paralelo con el sistema de regulación original 3 con el circuito intermedio de tensión continua 5. Este sistema de regulación adicional 3’ en este ejemplo está conectado con una red de tensión local adicional LS’, en donde la red eléctrica local LS’ representa, por ejemplo, una red insular o aislada, que no está conectada con las otras redes eléctricas LS, NS, por ejemplo, una red eléctrica para un edificio. El sistema de regulación adicional 3’, por lo tanto, realiza un servicio aislado (control aislado o abastecimiento aislado, respectivamente) para la red aislada LS’. Esto presenta la ventaja de que el sistema de regulación original 3 puede cumplir y ejecutar sin restricciones las condiciones de conexión adicional de las redes de tensión externas LS, NS, mientras que el sistema de regulación adicional 3’, por ejemplo, puede ejecutar códigos de rejilla diferentes de esta para la red aislada LS’. Para la ejecución de las funciones de regulación y sistema locales ORS en la red aislada LS’, la unidad de control del módulo 4 está conectada con el sistema de regulación adicional 3’ a través de una línea de datos 13 (flecha de línea intermitente). Para el control, la unidad de control del módulo 4 lee los números de revoluciones o la velocidad DZ de las diferentes unidades acumuladoras de volante 2 en su regulación de motor 21 y determina el respectivo estado de carga actual de las diferentes unidades acumuladoras de volante 2 envase al número de revoluciones DZ leído. Por razones de protección de la máquina, en las respectivas regulaciones de motor 21 de las unidades acumuladoras de volante 2 se implementa una limitación del número de revoluciones superior y/o una limitación del número de revoluciones inferior, en donde en este ejemplo las limitaciones del número de revoluciones están implementadas mediante un componente constructivo 22. Las limitaciones del número de revoluciones también pueden implementarse de manera alternativa o adicional en la unidad de control del módulo 4. Preferentemente, las limitaciones del número de revoluciones se encuentran almacenadas en la unidad de control del módulo 4 en forma de instrucción en un programa de ordenador. El límite de velocidad inferior es como mínimo de 0 revoluciones por segundo, aunque técnicamente puede ser ventajoso seleccionar un número de revoluciones mínimo más alto, para que el sistema de motor pueda suministrar una potencia mínima requerida por razones técnicas del funcionamiento. Hacia arriba, el número de revoluciones está limitado bien sea por la frecuencia del convertidor del motor, o por los valores de dureza de los componentes del rotor. Normalmente, los números de revoluciones máximos son de, por ejemplo, 800 Hz.
La unidad de control del módulo 4 controla el módulo de almacenamiento de energía 1 envase las funciones de regulación y sistema locales y no locales ORS, NORS, que se ejecutan en las respectivas redes de tensión alterna locales y no locales LS, NS. Las funciones de regulación y sistema locales y no locales ORS, NORS son recibidas por la EM en la unidad de control del módulo 4 en forma de datos externos ED a través de una interfaz de datos 11. Las especificaciones del par de fuerzas DV a ser transmitidas a las unidades acumuladoras de volante 2 se generan en base a los datos externos ED recibidos en la EM por la unidad de control del módulo 4. Los datos externos ED son, por ejemplo, funciones de regulación y sistema locales y no locales, magnitudes de medición físicas, magnitudes lógicas, comandos de control en tiempo real o comandos de control para controlar los desarrollos. La unidad de control del módulo 4 comprende adicionalmente una memoria 41 para almacenar los datos externos ED, en particular las funciones de regulación y sistema locales y no locales ORS, NORS. Además, la unidad de control del módulo 4 comprende en este ejemplo una gestión de prioridades 42. Para controlar el módulo de almacenamiento de energía 1, la unidad de control del módulo 4 establece un plan de operación BP para ejecutar las funciones de regulación y de sistema locales y no locales ORS, NORS en las redes de tensión locales y no locales conectadas LS, NS y transmite especificaciones correspondientes del par de fuerzas DV a las respectivas unidades acumuladoras de volante 2, en lo que preferentemente las especificaciones del par de fuerzas DV están adaptadas individualmente a los respectivos estados de carga de las diferentes unidades acumuladoras de volante
2. Para que la unidad de control del módulo 4 siempre reciba datos externos actuales ED para controlar el módulo de almacenamiento de energía 1, la unidad de control del módulo 4 comprueba en esta forma de realización la conexión de comunicaciones existente hacia el exterior en cuanto a su idoneidad o aptitud de funcionamiento mediante el envío de una señal de prueba TS, en base a la que un sistema externo envía una señal de respuesta
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correspondiente RS. La recepción EM de la señal de respuesta prueba la aptitud de funcionamiento de la conexión de comunicaciones hacia dicho sistema externo, del que el módulo de almacenamiento de energía recibe, por ejemplo, sus funciones de regulación y sistema locales y no locales a ser ejecutadas ORS, NORS en forma de datos externos ED. Para que estos datos externos ED tengan en cuenta el estado actual del módulo de almacenamiento de energía 1, la unidad de control del módulo 4 envía los datos de servicio BD del módulo de almacenamiento de energía 1, por ejemplo, periódicamente al sistema externo. A este respecto, los datos de servicio BD pueden incluir los estados de carga de las unidades acumuladoras de volante 2 y, por lo tanto, la capacidad momentánea y disponible en principio de almacenamiento del módulo MSK y la potencia del módulo ML, la identidad del módulo de almacenamiento de energía 1, o también el estado de otros componentes del módulo de almacenamiento de energía
1.
Para que el flujo de energía y de potencia EF, LF, que fluye hacia o desde el circuito intermedio de tensión continua 5 fluía también hacia/desde las redes de tensión alterna, para las respectivas redes de tensión alterna locales y no locales LS, NS apropiadas para la ejecución de las respectivas funciones de regulación y de sistema locales ORS en la red de tensión alterna local LS y de las funciones de regulación y sistema no locales NORS en la red de tensión alterna no local NS, se puedan distribuir en la red de tensión alterna no local NS, el módulo de almacenamiento de energía 1 incluye una caja de regulación 8, que divide el flujo total de energía y de potencia EF, LF que llega del circuito intermedio de corriente continua 5 en un flujo de energía y de potencia local EFI, LFI para la red de tensión alterna local LS y un flujo de energía y de potencia no local EFg, LFg para la red de tensión alterna no local NS. Para la ejecución óptima de las funciones de regulación y de sistema ORS, NORS en las redes de tensión alterna conectadas LS, NS, el módulo de almacenamiento de energía 1 en este ejemplo incluye una unidad de medición 7 para la medición continua de la calidad de la tensión de la o las redes de tensión alterna LS, NS, que mide los datos relevantes para evaluar la calidad de la tensión en las redes de tensión alterna LS, NS. En otras formas de realización, también se pueden emplear varias unidades de medición 7. Magnitudes de medición apropiadas para obtener los datos relevantes RD son, por ejemplo, el desarrollo de la tensión en función del tiempo, el ángulo de fase, el punto neutro, la frecuencia de red, o la corriente de red. Las personas especializadas en la materia podrán seleccionar unidades de medición o sondas de medición apropiadas en el marco de la presente invención y disponerlas en la posición apropiada. El módulo de almacenamiento de energía 1, por lo tanto, cuando se excede en valores límites predeterminados, puede separar activamente la conexión a una red de tensión alterna LS, NS en la o las redes de tensión alterna LS, NS.
El módulo de almacenamiento de energía 1 comprende adicionalmente grupos secundarios 91, 92 para la operación de las unidades acumuladoras de volante 2, tales como, por ejemplo, un sistema de vacío 91, que está conectado con los recipientes de rotor para los rotores (volantes) en las unidades acumuladoras de volante 2 a través de un sistema de tubos (no representado aquí por motivos de claridad), para generar en los recipientes de rotor el vacío requerido para una rotación de los rotores con la menor pérdida posible a altas velocidades, por ejemplo, de menos de 10-3 mbar a velocidades de más de 40.000 rpm. Otro grupo secundario es una unidad frigorífica 92 para disipar el calor de funcionamiento del módulo de almacenamiento de energía 1. La unidad de control del módulo 4 está configurada para adaptar el control de los grupos secundarios 91, 92 en base a los datos de servicio internos recibidos BD o los datos externos ED, y por esta razón los grupos secundarios 91, 92 están conectados con el control del módulo 4 a través de líneas de datos 13. Las pérdidas eléctricas internas se pueden minimizar mediante una influencia específica sobre el comportamiento de servicio o sobre el punto de servicio de los grupos secundarios 91, 92 en función de magnitudes de medición internas de la instalación o externas actuales. Por ejemplo, la temperatura de salida de una máquina frigorífica 92, como ejemplo de un grupo secundario, se puede aumentar o reducir, dependiendo de las cargas internas/externas actuales. Por ejemplo, una reducción del calor de escape de las unidades acumuladoras de volante 2 se puede aprovechar para reducir la potencia frigorífica de la máquina frigorífica 92, lo que ahorra energía de servicio para la máquina frigorífica 92. En otro ejemplo, la potencia de una bomba de vacío en el módulo de vacío 91 se puede usar para generar un vacío de servicio en los recipientes de rotor para los rotores de los acumuladores de energía de volante 2 en función del comportamiento de desgasificación de los volantes (rotores) de manera cíclica, o incluso se puede desconectar por completo. Las medidas de este tipo sirven para ahorrar energía de servicio y aumentan el grado de rendimiento por hasta un 10% y permiten así proveer un módulo de almacenamiento de energía 1 más efectivo. El abastecimiento de los grupos secundarios 91, 92 con corriente de servicio no se representa en la figura 1 por razones de claridad.
En esta forma de realización, el módulo de almacenamiento de energía 1 incluye adicionalmente un sumidero de potencia 6 conectado con los grupos secundarios 91, 92 (representado en color negro). Con el sumidero de potencia 6 se permite la absorción de energía adicional cuando las unidades acumuladoras de volante 2 están completamente cargadas. Por ejemplo, la capacidad de almacenamiento del módulo MSK del módulo de almacenamiento de energía 1 se puede aumentar para recibir potencia eléctrica externa (por ejemplo, potencia de regulación primaria o secundaria desde una de las redes de tensión alterna NS) mediante el uso dirigido de una instalación frigorífica 92 con un circuito frigorífico primario y secundario, si el circuito frigorífico secundario de la instalación frigorífica 92 se calienta eléctricamente, por ejemplo, mediante un hervidor de inmersión en el tanque de almacenamiento del líquido refrigerante, por ejemplo, con un volumen de 400 l (por ejemplo, un depósito de agua) como primer sumidero de potencia 6, lo que resulta en una potencia frigorífica incrementada del circuito frigorífico primario (absorción de potencia aumentada de la máquina frigorífica 92 como segundo sumidero de potencia). El aumento de la capacidad de almacenamiento del módulo MSK por encima de la suma nominal de las capacidades
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de almacenamiento unitarias EK de las diferentes unidades acumuladoras de volante 2, se puede aumentar de manera dirigida dependiendo de las condiciones ambientales o del punto de servicio de la instalación a través de la absorción de potencia (eléctrica) del sistema frigorífico 92 y/o del sistema de vacío 91 por encima de la medida requerida para el servicio normal. La cantidad de frío almacenada de esta manera, o el nivel de vacío adicional alcanzado, respectivamente, por debajo de un vacío nominal de, por ejemplo, 10-3 mbar, se puede utilizar, y por ende ahorrar, en un momento posterior mediante la no operación de grupos secundarios 91, 92 y el consecuente ahorro de energía de servicio, cuando existe una mayor demanda.
Para controlar el módulo de almacenamiento de energía 1, la unidad de control del módulo 4 y los distintos componentes del módulo de almacenamiento de energía 1 están conectados entre sí a través de líneas de datos 13, por ejemplo, un bus de datos 13. A través de la línea de datos 13, la unidad de control del módulo 4 transmite al sistema de regulación 3 los datos de configuración KD para el funcionamiento de regulación de la caja de regulación
8.
La Fig. 2 muestra una forma de realización de la caja de regulación 8. Para que el flujo de energía y potencia EF, LF entre las redes de tensión alterna conectadas (en redes eléctricas) LS, NS y la instalación de almacenamiento de energía 1 se pueda distribuir de acuerdo con las funciones de regulación y sistema ORS, NORS, el módulo de almacenamiento de energía 1 en esta forma de realización incluye una caja de regulación 8 con un miembro de regulación 81 e interruptores de separación separados 82 para cada una de las redes de tensión alterna conectadas (redes eléctricas) LS, NS. La unidad de control del módulo 4 está conectada con el miembro de regulación 81 de la caja de regulación 8 y transmite a la caja de regulación 8, en este ejemplo directamente al miembro de regulación 81, los datos de configuración correspondientes de la función de regulación KD para el control de los flujos de energía y de potencia. En base a los datos de configuración de la función de regulación KD, el miembro de regulación 81 controla la distribución del flujo de energía y de potencia EF, LF que llega desde el circuito intermedio de tensión continua 5 entre las redes de tensión alterna conectadas (redes eléctricas) LS, NS como flujo de energía EFI para la red de tensión alterna local (red eléctrica local) LS y como flujo de energía EFg para la red de tensión alterna no local (red eléctrica no local) NS. En este ejemplo de realización, la distribución del flujo de energía EF en la alimentación de energía a las dos redes de tensión alterna conectadas (redes eléctricas) LS, NS se muestra sólo como ejemplo. La caja de regulación 8 está igualmente configurada para dirigir un flujo de energía desde una de las redes de tensión alterna o continua conectadas (red eléctrica) LS, NS y un flujo de energía a la otra red de tensión alterna o continua conectada (red eléctrica) NS, LS, en lo que dependiendo de la magnitud de los dos flujos de energía o bien el excedente de energía negativo es almacenado por la instalación de almacenamiento de energía 1,
o bien el excedente de energía positivo es puesto a disposición por la instalación de almacenamiento de energía 1. La instalación de almacenamiento de energía 1 en este ejemplo no se muestra de forma explícita, sino que sólo se representa simbólicamente a través de los componentes correspondientes. La caja de regulación 8 recibe simultáneamente los datos relevantes RD de las dos redes de tensión conectadas (redes eléctricas) LS, NS, de lo que el miembro de regulación 81 deduce la existencia de las dos redes de tensión conectadas (redes eléctricas) LS, NS por medio de los criterios o valores de umbral almacenados en el miembro de regulación 81 para los datos relevantes RD. Si una o ambas de las redes de tensión conectadas (redes eléctricas) LS, NS ya no estuviera disponible debido a un fallo de la red, entonces el fallo de la respectiva red de tensión (red eléctrica) LS, NS se manifiesta en los correspondientes datos relevantes RD transmitidos al miembro de regulación 81, después de lo que el miembro de regulación 81 envía automáticamente las correspondientes instrucciones de separación (flecha en línea intermitente) a el o los respectivos interruptores de separación 82 para separar la instalación de almacenamiento de energía 1 de la o las redes de tensión alterna conectadas (redes eléctricas) LS, NS, después de lo que el o los interruptores de separación 82 separan la o las redes de tensión alterna previamente conectadas (redes eléctricas) LS, NS de la instalación de almacenamiento de energía 1. A este respecto, la separación de la red de tensión alterna conectada se efectúa en el plazo de pocos milisegundos. Con la separación de es solamente una red de tensión alterna, la instalación de almacenamiento de energía 1 continúa estando disponible para la otra red de tensión alterna todavía conectadas. Con esto, en caso de fallo de una red de tensión alterna se puede prevenir de manera efectiva un cortocircuito o una situación de sobrecarga. El ejemplo de realización aquí presentado, con una red de tensión alterna local conectada (red eléctrica local) LS y una red de tensión alterna no local conectada (red eléctrica no local) NS es tan sólo un ejemplo para dos redes de tensión alterna conectadas (redes eléctricas). En otras formas de realización, la caja de regulación 8 también puede estar conectada a más de dos redes de tensión alterna (redes eléctricas). Las dos o más redes de tensión alterna conectadas (redes eléctricas) también pueden ser respectivamente redes de tensión alterna locales (redes eléctricas locales), de las que por lo menos una de las redes de tensión alterna locales (redes eléctricas locales) está conectada con la red de tensión alterna no local (red eléctrica no local) para ejecutar las funciones de regulación y de sistema no locales NORS.
La Fig. 3 muestra una forma de realización del procedimiento de acuerdo con la presente invención para la operación de un módulo de almacenamiento de energía 1. La unidad de control del módulo 4 recibe funciones de regulación y sistema locales y no locales ORS, NORS como datos externos ED y comprueba si la tensión continua DC del circuito intermedio de tensión continua 5 corresponde al valor nominal de tensión continua DC-S. Si esto es el caso (DC-S = “J” corresponde a SW2 < DC < SW1) y si no existen funciones de regulación y sistema diferentes para la alimentación de energía o la toma de energía en/de las redes de tensión alterna conectadas LS, NS, entonces para la unidad de control del módulo 4 no existe ninguna necesidad de transmitir especificaciones del par de fuerzas DV a las unidades acumuladoras de volante. Si la tensión continua DC excede el valor nominal de la
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tensión continua (DC-S = “N”), entonces se transmite una especificación de par de fuerzas DV para la aceleración B de las unidades acumuladoras de volante 2 por la unidad de control del módulo 4 a las unidades acumuladoras de volante 2 con un flujo de energía EFp desde la red de tensión alterna LS, NS al circuito intermedio de tensión continua 5 U1. Si la tensión continua DC es inferior al valor nominal de la tensión continua (DC-S = “N”), entonces se transmite una especificación de par de fuerzas DV para el frenado A de las unidades acumuladoras de volante 2 por la unidad de control del módulo 4 a las unidades acumuladoras de volante 2 con un flujo de energía EFn desde el circuito intermedio de tensión continua 5 a la red de tensión alterna LS, NS. La caja de regulación 8 regula de acuerdo con los datos de configuración para la función de regulación KD, que ella recibe de la unidad de control del módulo 4, los flujos de energía y potencia EF, LF que recibe del sistema de regulación 3, hacia los flujos de energía y potencia EFI, LFI y EFg, LFg para las respectivas redes de tensión alterna LS, NS conforme a las participaciones proporcionales de acuerdo con las funciones de regulación y sistema locales y no locales ORS, NORS.
La Fig. 4 muestra una forma de realización adicional del procedimiento de acuerdo con la presente invención para la operación del módulo de almacenamiento de energía 1. La unidad de control del módulo 4 recibe EM funciones de regulación y sistema locales y no locales ORS, NORS como datos externos ED y transmite las correspondientes especificaciones de par de fuerzas DV a las unidades acumuladoras de volante 2. Las regulaciones de motor 21 de las diferentes unidades acumuladoras de volante 2 mientras tanto vigilan U2 de forma continua la tensión continua DC en el circuito intermedio de tensión continua 5 con respecto al valor de umbral superior SW1, lo que se representa mediante el círculo de flecha cerrado U2. A más tardar cuando se produce una transgresión del valor de umbral superior SW1 (SW1 = “J”), las regulaciones de motor 21 de todas las unidades acumuladoras de volante 2 impiden U3 cualquier flujo de potencia LFp desde las unidades de almacenamiento de energía 2 al circuito intermedio de tensión continua 5 (representado como línea sinuosa entre la casilla “2” y la casilla “5”). Alternativamente, las verificaciones arriba mencionadas también pueden ser efectuadas por el sistema de regulación
3. Las acciones consecuentes debido a una transgresión del valor de umbral continúan siendo las mismas que las descritas más arriba. Si la tensión continua DC en el circuito intermedio de tensión continua 5 se encuentra en el alcance nominal S-DC, o si se encuentra nuevamente en el alcance nominal, el módulo de almacenamiento de energía 1 continúa funcionando de acuerdo con las etapas de control representadas en la figura 3.
Las formas de realización aquí mostradas sólo representan ejemplos de la presente invención y, por lo tanto, no han de interpretarse como restrictivas. Otras formas de realización que pudieran ser consideradas por los especialistas en la materia forman parte y están incluidas igualmente en el alcance de protección de la presente invención.
Lista de símbolos de referencia
1 Módulo de almacenamiento de energía de acuerdo con la presente invención 11 Interfaz (interfaces) de datos 12 Unidad de medición 13 Línea de datos, bus de datos 2 Unidad acumuladora de volante 21 Regulación de motor 22 Componente constructivo 23 Transformador electromagnético 3, 3’ Sistema de regulación 31 Lado de salida 32 Lado de entrada 4 Unidad de control del módulo 41 Memoria de almacenamiento 42 Gestión de prioridades 5 Circuito intermedio de tensión continua 6 Sumidero de potencia 7 Unidad de medición 8 Caja de regulación 81 Miembro de regulación 82 Interruptor de separación 91, 92 Grupos secundarios A Frenado de las unidades acumuladoras de volante B Aceleración de las unidades acumuladoras de volante BD Datos de servicio DC Tensión continua en el circuito intermedio de tensión continua DC-S Valor nominal de la tensión continua en el circuito intermedio de tensión continua DZ Número de revoluciones (velocidad) DV Especificación del par de fuerzas ED Datos externos EF Flujo de energía EFg Flujo de energía de red de tensión no local EFI Flujo de energía de red de tensión local EFn Flujo de energía al módulo de almacenamiento de energía o hacia las unidades acumuladoras de volante
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