ES2696985T3 - Método para gestionar un inversor - Google Patents

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Abstract

Procedimiento para gestionar un inversor (4) sin transformador, diseñado para la conversión de tensión DC/AC, que tiene al menos una entrada de tensión continua así como un circuito intermedio y que puede ser unido a una red de suministro de energía a través de al menos una salida de tensión alterna (10, 11, 12), con cuya red está en interacción por flujo de potencia, de tal modo que durante la operación del inversor puede aparecer una intensidad de corriente de fuga IA, en que la o las entradas de tensión continua del inversor (4) no tienen ninguna unión galvánica a o respectivamente con un potencial N y/o PE de la red de suministro de energía, a) en que la gestión se produce con una disposición de regulación, b) en que durante la gestión del inversor (4) para el control de un módulo de potencia del inversor, que tiene semiconductores de potencia, se emplea un procedimiento de modulación por anchura de impulsos con una señal de modulación por anchura de impulsos, caracterizado porque c) la señal de modulación por anchura de impulsos del inversor es generada mediante una modulación sinusoidal-triangular modificada con desplazamiento variable en el tiempo, en que la amplitud del desplazamiento se escoge siempre con un valor sólo tan grande como sea necesario para evitar una sobremodulación de la señal de modulación por anchura de impulsos generada, y d) la intensidad de corriente de fuga IA es regulada mediante una modificación de una especificación del valor teórico para una tensión de circuito intermedio UZwK SOLL del circuito intermedio del inversor (4).

Description

DESCRIPCIÓN
Método para gestionar un inversor
La invención se refiere a un procedimiento para gestionar un inversor diseñado para la conversión de tensión DC/AC (del inglés “Direct Current/Alternating Current”, corriente continua/corriente alterna).
Un procedimiento del tipo en cuestión es conocido a partir del documento EP 1641 111 A2.
En instalaciones eléctricas, en las que una tensión continua generada por elementos fotovoltaicos es convertida en tensión alterna mediante inversores sin transformador, pueden aparecer - en función de la disposición de circuito y del procedimiento de modulación seleccionado - corrientes de fuga capacitivas, ya que el potencial del generador solar puede oscilar respecto al potencial de tierra. A través de ello, puede ser afectada negativamente por ejemplo una disposición de protección frente a corrientes de defecto del inversor.
Un motivo para la aparición de corrientes de fuga es una componente de tensión alterna, la cual se superpone a la tensión continua, generada por los elementos fotovoltaicos, debido a la topología de la disposición de circuito y la modulación del inversor. A través de así denominadas capacidades de fuga (externas, del elemento fotovoltaico e internas del inversor) las corrientes de fuga fluyen hacia el potencial de tierra (PE, del alemán “Potential Erde”). Se intenta ciertamente disminuir este efecto mediante una optimización de la topología del inversor, pero a pesar de una optimización así, el efecto de corrientes de fuga capacitivas puede aparecer en determinadas circunstancias de operación también en inversores sin transformador de tipo de construcción más nuevo, en particular en inversores que no son gestionados según un tipo de modulación sinusoidal-triangular convencional.
Un inversor sin transformador de tipo de construcción más nuevo - particularmente optimizado y ventajoso en cuanto a su eficiencia - con una así denominada “topología de tres puntos” se da a conocer en el documento EP 2 107672 A2. Se representa un inversor trifásico sin transformador con un circuito intermedio, cuyas entradas por el lado de tensión continua están unidas entre sí mediante dos condensadores conectados en serie, en que mediante los dos condensadores se define un punto de tensión central, que no está unido al conductor neutro de la red de tensión alterna.
En una topología de tres puntos de este tipo, la tensión por el lado de entrada Udc respecto al potencial PE en caso de modulación por anchura de impulsos (PWM, del alemán “PulsWeitenModulation”), que es generada según el principio conocido de la modulación sinusoidal-triangular, es una tensión continua, de modo que en este caso, en el que una tensión de circuito intermedio a la entrada del puente del inversor debe ser al menos tan grande como el doble de la tensión de cresta de la señal de tensión de red, para que el grado de modulación de la modulación PWM sea menor o igual que 1, no aparecen primeramente corrientes de fuga. Si la tensión de circuito intermedio es reducida a un valor por debajo del doble de la tensión de cresta de la señal de tensión de red, resulta para la modulación PWM una sobremodulación, es decir un grado de modulación mayor que 1, lo que lleva a distorsiones para la corriente por el lado de salida del inversor.
Para la consecución de la mejor eficiencia posible es conveniente mantener tan baja como sea posible la tensión del circuito intermedio. Para ello son conocidos procedimientos, en particular para inversores trifásicos, en los cuales por ejemplo para una modulación sinusoidal-triangular habitual se añade un desplazamiento variable en el tiempo, por ejemplo una señal triangular con el triple de la frecuencia de red o una señal sinusoidal con el triple de la frecuencia de red, de modo que a pesar de la aparición de valores de tensión del circuito intermedio inferiores al doble de la tensión de cresta de la señal de tensión de red, en la propia señal PWM no aparece ninguna sobremodulación, y con ello tampoco ninguna distorsión de corriente de la señal de salida del inversor introducida en una red. Entre procedimientos de modulación así se cuentan por ejemplo también los procedimientos conocidos por los conceptos de “modulación de vectores espaciales” o “modulación sinusoidal-triangular con terceros armónicos”.
En procedimientos de modulación sinusoidal-triangular modificados, en particular en los procedimientos anteriormente citados de modulación sinusoidal-triangular con desplazamiento variable en el tiempo, se produce, por ejemplo - pero no sólo - en el inversor sin transformador previamente citado del documento EP 2 107672 A2, de forma condicionada por la topología una componente de tensión alterna con el triple de la frecuencia de red entre el punto de tensión central del lado de entrada y el potencial PE, que provoca una corriente alterna capacitiva a través de los capacidades de fuga (corriente de fuga).
Los inversores poseen habitualmente una disposición de protección frente a corrientes de defecto, que detecta intensidades de corrientes diferenciales por el lado de corriente alterna y en caso de defecto, por ejemplo para evitar poner en peligro a personas o evitar un daño del propio inversor, desconecta el inversor. La intensidad de corriente diferencial medida contiene sin embargo no sólo la intensidad de corriente de defecto que hay que detectar realmente, sino adicionalmente, en suma vectorial, también una intensidad de corriente de fuga existente dado el caso, de modo que intensidades de corrientes de fuga demasiado grandes pueden llevar a un disparo erróneo de la disposición de protección frente a corrientes de defecto y con ello a una desconexión indeseada del inversor. Una renuncia a procedimientos de modulación, en los cuales pueden aparecer corrientes de fuga condicionadas por la topología, empeora nuevamente la eficiencia y en esta medida no representa una solución apropiada de este problema.
La invención tiene con estos antecedentes la tarea de limitar los efectos desventajosos de corrientes de fuga sobre la operación y el comportamiento operativo de inversores y asegurar al mismo tiempo preferentemente también la mejor eficiencia posible.
La invención resuelve esta tarea con el objeto de la reivindicación 1.
A través del hecho de que la o las intensidades de corrientes de fuga son reguladas de tal modo que puede asegurarse de modo sencillo que no se superen valores máximos prefijables para las intensidades de corrientes de fuga.
La invención es apropiada fundamentalmente para los más diversos inversores, en los cuales aparecen por el lado de entrada corrientes de fuga, en particular corrientes de fuga capacitivas hacia el potencial de tierra. En particular, se trata de inversores sin transformador de las más diversas topologías así como topologías, en las cuales el conductor neutro (potencial N) de la red no está conectado. Preferentemente, el procedimiento es apropiado entonces para inversores trifásicos, que pueden tener tanto una topología de dos puntos (por ejemplo un así denominado puente B6) como también una topología de varios puntos, por ejemplo una topología de tres puntos (por ejemplo un puente NPC, “Neutral Point Connected”, de punto neutro conectado, o un puente BSNPC, “Bipolar Switch Neutral Point Connected”, de punto neutro conectado con conmutación bipolar).
Aquí, el procedimiento para gestionar un inversor sin transformador se emplea en particular en un inversor que no tiene ninguna unión galvánica a o respectivamente con un potencial N y/o PE de la red de suministro de energía. La invención hace posible en particular también una operación optimizada, en lo relativo a la eficiencia, del inversor, a pesar de la aparición de corrientes de fuga capacitivas por el lado de entrada.
En la gestión del inversor para el control de un módulo de potencia del inversor, que tiene semiconductores de potencia, se emplea un procedimiento PWM y la gestión propiamente dicha se produce con una disposición de regulación. El procedimiento es apropiado entonces para tipos de modulación por anchura de impulsos, en los cuales se aplica una modulación sinusoidal-triangular modificada, con un desplazamiento variable en el tiempo, para la generación de la señal PWM. Aquí, la amplitud del desplazamiento no es constante, sino que se escoge siempre con un valor sólo tan grande como sea necesario para evitar una sobremodulación de la señal PWM generada. Para valores de la tensión del circuito intermedio del doble o por encima del doble de la tensión de cresta de la señal de tensión de red, resulta con ello un desplazamiento con amplitud nula y con ello una modulación sinusoidal-triangular convencional.
Como la tensión del circuito intermedio, en el procedimiento conforme a la invención, afecta a la intensidad de corriente de fuga, puede realizarse a través de ello nuevamente de modo sencillo una regulación de la intensidad de corriente de fuga. La intensidad de corriente de fuga Ia es regulada por lo tanto mediante una modificación del valor teórico prefijado para la tensión de circuito intermedio Uzwk soll a la entrada del puente del inversor. Así, la regulación puede producirse por ejemplo siempre que la tensión de circuito intermedio Uzwk tenga un valor de tensión que sea mayor que un primer valor límite de tensión (U1) prefijable, y que la tensión de circuito intermedio Uzwk tenga un valor de tensión que sea menor que un segundo valor límite de tensión (U2) prefijable.
Preferentemente, la regulación de la intensidad de corriente de fuga Ia se produce cuando el inversor se encuentra en un estado de operación en el que se cumple al menos una determinada condición.
Esta condición puede consistir, según una variante particularmente ventajosa, en que el inversor sea hecho operar en un intervalo en el que el desplazamiento en el procedimiento de modulación tenga un valor distinto a cero. Esto es particularmente ventajoso, ya que para determinadas topologías de inversor las intensidades de corriente de fuga a regular sólo aparecen cuando el inversor es hecho operar en este intervalo. Este intervalo está limitado por arriba por un valor de tensión de circuito intermedio U2, que corresponde al doble de la tensión de cresta de la señal de tensión de red, y por abajo por un valor mínimo de tensión de circuito intermedio U1, hasta el cual con el respectivo procedimiento de modulación sinusoidal-triangular con desplazamiento variable en el tiempo es posible una operación sin distorsión de corriente en la señal del lado de salida del inversor.
La condición puede consistir también en que la intensidad de corriente de fuga Ia tenga un valor de intensidad de corriente que sea mayor que un primer valor límite de intensidad de corriente prefijable, en que la intensidad de corriente de fuga Ia es regulada entonces a un valor de intensidad de corriente que es menor o igual que un segundo valor límite de intensidad de corriente prefijable.
Es conveniente que para el primer valor límite de intensidad de corriente se cumpla: Ia = 0, y que para el segundo valor límite de intensidad de corriente se cumpla: Ia = Imax, en que Imax es un valor de intensidad de corriente por encima del cual el inversor es llevado a un estado de seguridad por su disposición de protección frente a corrientes de defecto.
Es ventajoso que la regulación de la intensidad de corriente de fuga sea tan lenta que no reaccione a corrientes de defecto de aparición rápida, que deben provocar un disparo de la disposición de protección frente a corrientes de defecto, pero que al mismo tiempo sea tan rápida que sean reguladas intensidades de corriente de fuga que aparecen, antes de que la disposición de protección frente a corrientes de defecto reaccione a éstas.
Es además ventajoso que el inversor tenga un convertidor DC/DC por el lado de entrada (preferentemente un convertidor elevador o un convertidor reductor o un convertidor elevador/reductor combinado), de modo que durante la gestión junto a la regulación de la intensidad de corriente de fuga también pueda llevarse a cabo un seguimiento del punto de máxima potencia (del inglés “Maximum-Power-Point-Tracking”) para la maximización de una potencia suministrada por los elementos fotovoltaicos, sin que estas dos regulaciones afecten desventajosamente una a otra. Otras estructuraciones ventajosas de la invención están indicadas en las demás reivindicaciones subordinadas. A continuación es descrita más detalladamente la invención con ayuda de ejemplos de realización, con referencia a los dibujos. Muestran:
la figura 1 un esquema de principio de una instalación con un inversor conectado entre un generador fotovoltaico (FV) y una red;
la figura 2 un esquema de principio de una instalación análoga a la figura 1 con un inversor, que tiene una topología de tres puntos;
las figuras 3a, b diagramas para ilustrar la evolución temporal del potencial del circuito intermedio y de la tensión alterna por el lado de salida respecto a M* así como respecto al potencial PE al ser controlado el inversor mediante una modulación sinusoidal-triangular con desplazamiento triangular;
las figuras 3c, d diagramas para ilustrar la evolución temporal del potencial del circuito intermedio y de la tensión alterna por el lado de salida respecto a M* así como respecto al potencial PE al ser controlado el inversor mediante una modulación sinusoidal-triangular con desplazamiento sinusoidal;
la figura 4 un diagrama que muestra la evolución de la intensidad de corriente de fuga (efectiva) respecto a la tensión del circuito intermedio;
las figuras 5, 7 diagramas de flujo para ilustrar dos formas de realización posibles del procedimiento para la regulación de la intensidad de corriente de fuga;
la figura 6 una curva característica U/I para una regulación de la intensidad de corriente de fuga;
la figura 8 un esquema de principio de una instalación análoga a la de la figura 1 con un inversor, que tiene una topología de tres puntos y un convertidor DC/DC por el lado de entrada.
A continuación son descritas con ayuda de las figuras 1 y 2 primeramente la estructura de una instalación FV así como una topología de inversor sin transformador a modo de ejemplo, representada de forma fuertemente simplificada.
En una instalación eléctrica del tipo de la figura 1, un generador fotovoltaico (generador FV) 1, que consta al menos de un elemento fotovoltaico, genera una tensión continua, que es conducida a través de conductores eléctricos 2 y 3 a las entradas de tensión continua de un inversor 4. La tensión continua conducida al inversor es convertida por éste en una tensión alterna y es introducida por salidas 10, 11, 12 en una red de suministro de energía (representada por los componentes a la derecha de la línea 5).
Una capacidad eléctrica Cx 6 representa la así denominada capacidad de fuga equivalente, es decir la suma de todas las capacidades de fuga a través de las que fluyen dado el caso corrientes de fuga. Las partes de tensión alterna de una tensión Ux entre el potencial de tierra (PE) y el conductor eléctrico 3 provocan las corrientes de fuga que fluyen a través de la capacidad Cx 6. La tensión representa con ello una medida para la intensidad de corriente de fuga Ia que fluye. De forma alternativa/complementaria, también la tensión entre el conductor eléctrico 2 y el potencial de tierra (PE) puede servir como medida para una intensidad de corriente de fuga.
El inversor 4 tiene módulos no representados aquí en detalle, tales como un módulo de potencia con semiconductores de potencia y una disposición de regulación (con un módulo de control), así como dado el caso otros módulos tales como filtros, una interfaz de usuario, diversas interfaces, disposiciones de medida, etc.
La figura 2 muestra una instalación FV con un inversor en “topología de tres puntos”. Un ejemplo de realización de un inversor así se describe por ejemplo de forma más detallada en el documento EP 2107672 A2.
Las capacidades C1 y C2 mostradas adicionalmente sirven para dividir la tensión continua generada por el generador FV y para formar tres niveles de tensión.
Además, la figura 2 muestra un filtro de red con los componentes Ln-i , Ln2, Ln3, Cn-i, Cn2 y Cn3 , cuyo punto de pie está unido con la unión de ambas capacidades C- C2 y la entrada de tensión de punto central del inversor. Esta unión está designada por el punto M* de la disposición de circuito. La tensión Um que se forma entre el punto M* de la disposición de circuito y el potencial de tierra (PE) representa una medida para la intensidad de corriente de fuga Ia. El conductor N (no representado en la figura 2) de la red de tensión alterna puede estar conectado al inversor, para ser empleado como potencial de referencia para fines de medida, en particular como referencia para la disposición de protección frente a corrientes de defecto. Sin embargo, no está unido de forma conductora a los módulos del inversor propiamente dichos que sirven para la conversión de tensión, de modo que el potencial de M* es libre respecto a PE / N.
El puente de inversor 7 contiene la disposición de circuito de puente que consta de conmutadores electrónicos de potencia (por ejemplo un puente NPC o un puente BSNPC) para la conversión de la corriente continua por el lado de entrada en corriente alterna por el lado de salida.
El control/regulación del inversor se produce mediante modulación por anchura de impulsos, la cual es generada preferentemente mediante modulación sinusoidal-triangular con desplazamiento variable en el tiempo. En las figuras 3a y b está representado por ejemplo el caso de una modulación sinusoidal-triangular con desplazamiento triangular, que también es conocida como “modulación de vectores espaciales”, y las figuras 3c y d muestran el caso de una modulación sinusoidal-triangular con desplazamiento sinusoidal, que también es conocida como “modulación sinusoidal-triangular con tercer armónico”. Además de ello, son posibles también otras formas de modulación sinusoidal-triangular modificada, en particular con otras formas del desplazamiento, que permiten convertir una señal de tensión continua con un valor menor que el doble de la tensión de cresta de la señal de tensión de red en una señal por el lado de salida del inversor, que no tiene distorsiones de corriente. Es ventajoso que la amplitud del desplazamiento no sea constante, sino que se escoja siempre con un valor sólo tan grande como sea necesario para una tensión de circuito intermedio dada, para que no resulten distorsiones de corriente.
En la figura 3 están representadas respectivamente las tres evoluciones superpuestas de fase de tensión de red L1, L2 y L3 así las evoluciones del potencial de circuito intermedio positivo (ZwK+) y negativo (ZwK-) respecto al potencial M* (figuras 3b y 3d) y respecto al potencial de tierra PE (figuras 3a y 3c). Aquí puede observarse que el potencial positivo y el negativo del circuito intermedio siempre envuelven las tres evoluciones de tensión de red. Si el inversor es hecho operar por modulación sinusoidal-triangular con desplazamiento variable en el tiempo, la tensión de circuito intermedio Uzwk = (ZwK+) -(ZwK-) puede caer entonces por debajo del valor U2 (es decir, el doble del valor de la tensión de cresta Ü de la señal de tensión de red) representado en las figuras 3a, b y 3c, d. En este caso, aparecen no obstante oscilaciones de potencial por el lado de entrada con el triple de la frecuencia de red respecto al potencial de tierra PE, que provocan corrientes de fuga (véase la figura 4).
Fundamentalmente, ciertamente para modulación sinusoidal-triangular con desplazamiento variable en el tiempo la tensión del circuito intermedio puede ser menor que el doble del valor de la tensión de cresta Ü de la señal de tensión de red, pero sólo tan pequeña como para que la evolución del potencial del circuito intermedio envuelva siempre las evoluciones de tensión de red, es decir sin ser menor que el valor Ui , que puede observarse en la figura 3a. Con ello, para una operación en el intervalo, en el que la modulación se produce con desplazamiento, se cumple:
Ui < Uzwk < U2.
La figura 4 muestra a modo de ejemplo la dependencia de una intensidad de corriente de fuga Ia respecto a la tensión de circuito intermedio Uzwk (véase la tensión entre los conductores 2 y 3 en la figura 2) para una capacidad de fuga Cx = 850 nF. La flecha dirigida hacia arriba deja claro el aumento de la intensidad de corriente de fuga Ia al aumentar la capacidad de fuga Cx .
Al operar un inversor del tipo citado existen valores límite para la intensidad de corriente de fuga Ia. Así, la intensidad de corriente de fuga no debe crecer por encima de un valor máximo Imax, por encima del cual se produce una separación respecto a la red a través de la disposición de protección frente a corrientes de defecto. Por otro lado, la condición de que el inversor opere con la máxima eficiencia posible requiere la reducción de la tensión de circuito intermedio Uzwk por debajo del valor U2, lo que nuevamente tiene como consecuencia una intensidad de corriente de fuga Ia (véase la figura 4).
Hasta ahora se había propuesto limitar las capacidades de fuga permisibles a un valor máximo, de modo que las intensidades de corriente de fuga que aparecen no superen un determinado valor. Esto tiene sin embargo como consecuencia que determinados elementos fotovoltaicos con capacidades de fuga demasiado altas no pueden ser empleados con determinadas topologías de inversor. Además se había propuesto desactivar la operación con tensiones de circuito intermedio por debajo del doble de la tensión de cresta de la señal de tensión de red al aparecer intensidades de corriente de fuga demasiado altas, lo que sin embargo lleva a una reducción - dado el caso también temporal - de la eficiencia. Ambas cosas son desventajosas.
Tampoco son constantes en el tiempo las capacidades de fuga, sino que pueden oscilar por ejemplo como consecuencia de la formación de rocío, la humedad del aire y otras influencias. Por ello, las instalaciones FV han debido ser dimensionadas hasta ahora partiendo siempre de las condiciones más adversas posibles, para evitar una desconexión frecuente como consecuencia de intensidades de corriente de fuga demasiado altas.
Para conseguir, teniendo en cuenta las limitaciones expuestas, una gestión lo más óptima posible del inversor, se propone por ello regular la intensidad de corriente de fuga Ia y a saber de tal modo que la intensidad de corriente de fuga Ia no supere un valor máximo Imax y aún así se consiga una operación con la máxima eficiencia posible, mediante el recurso de que la tensión del circuito intermedio se mantiene lo más baja posible mediante empleo de una modulación apropiada, por ejemplo modulación sinusoidal-triangular con desplazamiento variable en el tiempo, y regulación continua, en que la intensidad de corriente de fuga sirve como criterio de calidad de regulación.
Para ello, por ejemplo la tensión de circuito intermedio Uzwk es reducida mediante una variación de la especificación del valor teórico Uzwk soll para la regulación de la tensión del circuito intermedio, siempre que la intensidad de corriente de fuga Ia no supere un valor máximo Imax determinado.
Si la intensidad de corriente de fuga Ia amenaza con superar el valor máximo Imax, la tensión de circuito intermedio Uzwk es aumentada mediante el aumento de la especificación del valor teórico Uzwk soll, lo que lleva a una reducción de la intensidad de corriente de fuga Ia. Aquí, la señal PWM es adaptada siempre de tal modo, mediante el procedimiento de modulación empleado, que para la respectiva tensión del circuito intermedio a la entrada del inversor no aparecen distorsiones de corriente en la señal del lado de salida del inversor.
La figura 4 muestra además dos valores de tensión Ui y U2 para la tensión de circuito intermedio Uzwk. U1 designa el valor de la tensión de circuito intermedio Uzwk que es necesario al menos por ejemplo para una modulación sinusoidal-triangular con desplazamiento variable en el tiempo, para generar las amplitudes de tensión de red a suministrar. U2 designa el valor de la tensión de circuito intermedio, por debajo del cual el inversor sería hecho operar con sobredomulación (índice de modulación M>1) en el caso de modulación sinusoidal-triangular convencional.
Los valores Ui y U2 son dependientes de la forma de modulación o respectivamente también dependientes de la tensión de red y son hallados o respectivamente fijados por una unidad de control central.
En lo que sigue se describe el plan del proceso a modo de ejemplo mostrado en la figura 5.
Primeramente, en el paso 100 la especificación del valor teórico para la tensión de circuito intermedio Uzwk soll es establecida en un valor inicial por encima de o igual a U2.
En el paso 101 es medido el valor actual de la intensidad de corriente de fuga Ia.
Con el valor de medida Ia, en el paso 102 es hallada una diferencia de tensión AU empleando la curva característica AU = f(U) mostrada a modo de ejemplo y esquemáticamente en la figura 6. La diferencia de tensión AU toma un valor tanto más grande cuanto mayor sea el valor de la intensidad de corriente de fuga Ia medida. La pendiente de la curva característica mostrada en la figura 6 indica con ello en qué cantidad varía AU cuando la intensidad de corriente de fuga Ia medida varía en una cantidad determinada (válido para I1 < Ia < I2, véase la figura 6).
En el paso 103, a partir del valor límite inferior U1, prefijado por el procedimiento de modulación, se forma un nuevo valor límite inferior U4 por adición de la diferencia de tensión AU ya hallada. Mediante el límite superior U3, dado en la curva característica conforme a la figura 6, para la diferencia de tensión AU, se garantiza aquí mediante la relación U3 ^ U2-U1 que el nuevo valor límite inferior U4 no sea aumentado adicionalmente tras ser alcanzado o superado el valor límite superior de tensión U2, ya que a través de U2 conforme a la figura 4 ya no existe ninguna dependencia de tensión de la intensidad de corriente de fuga Ia respecto a la tensión de circuito intermedio Uzwk y con ello una elevación de la tensión de circuito intermedio UzwKno puede provocar ninguna reducción adicional de la intensidad de corriente de fuga Ia. Una situación así puede aparecer por ejemplo cuando existe una intensidad de corriente de fuga a tierra que es mayor que el valor de intensidad de corriente I2. Por debajo del valor de intensidad de corriente I1, como puede observarse en conexión con la figura 6, U1 es mantenido como límite inferior, es decir U4=U1, ya que AU=0.
Mediante la comprobación representada en el paso 104 se determina si la especificación actual del valor teórico para la tensión de circuito intermedio Uzwk soll es mayor que el valor límite inferior de tensión U4. Si esto es cierto (“bifurcación sí“), la especificación actual del valor teórico para la tensión de circuito intermedio Uzwk soll es reducida correspondientemente a la prescripción de cálculo a modo de ejemplo indicada en el paso 105. Se influye para ello sobre la dinámica y el valor de esta adaptación con un parámetro de regulación k3, que en esta prescripción de cálculo es ventajosamente menor que uno y mayor que cero. A continuación se lleva a cabo una nueva medida de la intensidad de corriente de fuga Ia y una nueva adaptación del valor límite inferior de tensión U4 empezando con el paso 101.
Si la condición consultada en el paso 104 no es satisfecha (“bifurcación no“), es decir, cuando la especificación actual del valor teórico para la tensión de circuito intermedio Uzwk soll está por debajo del valor límite inferior de tensión U4 o por encima, la especificación actual del valor teórico para la tensión de circuito intermedio Uzwk soll es aumentada correspondientemente a la prescripción de cálculo a modo de ejemplo indicada en el paso 106. Se influye para ello sobre la dinámica y el valor de esta adaptación con un parámetro de regulación k4, que para esta prescripción de cálculo es ventajosamente menor o igual que uno y mayor que cero. A continuación, recorriendo el bucle que empieza en el paso 101 la intensidad de corriente de fuga Ia es medida nuevamente y el valor límite inferior de tensión U4 es adaptado nuevamente.
En vez de las prescripciones de cálculo a modo de ejemplo 105 o respectivamente 106 pueden encontrar aplicación también otras funciones de filtro arbitrarias, apropiadas en el campo de la técnica de regulación. También para la curva característica AU = f(U) son posibles otras realizaciones distintas a la indicada en la figura 6.
Además, los parámetros de regulación k3 y k4 no tienen que ser constantes, sino que pueden ser modificados adaptativamente por ejemplo durante la operación.
La figura 7 muestra a modo de ejemplo otra posibilidad para la realización del procedimiento conforme a la invención sin la curva característica mostrada en la figura 6.
Primeramente, en el paso 200 la especificación del valor teórico para la tensión de circuito intermedio Uzwk soll es establecida en un valor inicial por encima de o igual a U2.
En el paso 201 es medido el valor actual de la intensidad de corriente de fuga Ia.
Si el valor medido de Ia está por debajo del valor límite Imax, en la bifurcación 202 se toma la bifurcación hacia el paso 203 (“bifurcación sí“) y la especificación del valor teórico para la tensión de circuito intermedio Uzwk soll es reducida correspondientemente a la prescripción de cálculo a modo de ejemplo en el paso 203. Se influye para ello sobre la dinámica y el valor de esta adaptación con un parámetro de regulación k-i, que para esta prescripción de cálculo es ventajosamente mayor que cero. A continuación, empezando con el paso 201 la intensidad de corriente de fuga Ia es medida nuevamente y es comprobada en cuanto a la superación de Imax.
Si la condición consultada en la bifurcación 202 no es satisfecha (“bifurcación no“), es decir, cuando la intensidad de corriente de fuga Ia ha alcanzado o superado el valor Imax, la especificación del valor teórico para la tensión de circuito intermedio Uzwk soll es aumentada mediante la prescripción de cálculo a modo de ejemplo indicada en el paso 205. Se influye para ello sobre la dinámica y el valor de esta adaptación con un parámetro de regulación k2, que para esta prescripción de cálculo es ventajosamente mayor que cero. A continuación, mediante un recorrido del bucle que empieza con el paso 201 la intensidad de corriente de fuga Ia es medida nuevamente y es comprobada en cuanto a la superación de Imax.
En el paso 204 se comprueba adicionalmente si la especificación actual del valor teórico para la tensión de circuito intermedio Uzwk soll está por debajo del valor límite superior de tensión U2, y en caso negativo, se omite el aumento de la especificación del valor teórico para la tensión de circuito intermedio Uzwk soll en el paso 205. A través de ello se evita que la especificación del valor teórico para la tensión de circuito intermedio Uzwk soll pueda ser aumentada por encima del valor límite de tensión U2, por encima del cual conforme a la figura 4 no existe ya ninguna dependencia de tensión de la intensidad de corriente de fuga Ia respecto a la tensión de circuito intermedio Uzwk y con ello una elevación de la tensión de circuito intermedio Uzwk ya no puede provocar una reducción adicional de la intensidad de corriente de fuga Ia. Una situación así puede producirse por ejemplo cuando existe una intensidad de corriente de fuga hacia tierra que es mayor que Imax.
En vez de las prescripciones de cálculo 203 o respectivamente 205 a modo de ejemplo, pueden encontrar aplicación también otras funciones de filtro arbitrarias, apropiadas en el campo de la técnica de regulación. Tampoco tienen que ser constantes los parámetros de regulación k1 y k2, sino que pueden ser modificados adaptativamente por ejemplo durante la operación.
Conforme a las explicaciones anteriores, la tensión de circuito intermedio a la entrada del puente del inversor es ajustada mediante el procedimiento conforme a la invención a un valor lo más pequeño posible, óptimo para la operación desde el punto de vista de la eficiencia. La invención hace posible de este modo en particular hacer operar inversores, para la optimización de su eficiencia, con la menor tensión de circuito intermedio posible a la entrada del puente del inversor, a pesar de que en un modo de operación de este tipo pueden aparecer intensidades de corriente de fuga, mediante el recurso de que estas intensidades de corriente de fuga son mantenidas por debajo de un valor máximo no superable mediante un proceso de regulación.
En una disposición según la figura 2, la tensión de circuito intermedio Uzwk a la entrada del puente de inversor 7 es al mismo tiempo también la tensión Udc existente en el generador FV 1. En este contexto, al emplear el procedimiento conforme a la invención hay que tener en cuenta que en instalaciones FV existe habitualmente un requisito adicional para la tensión de generador Udc, que resulta del así denominado “seguimiento MPP“. Tales procedimientos, que mediante ajuste de una determinada tensión de generador procuran que el generador FV trabaje en el punto de máximo suministro de potencia (“Maximum-Power-Point“, MPP), son conocidos para el técnico en la materia y no requieren por ello aquí en detalle de ninguna explicación adicional.
En caso de que ahora la tensión de generador Udc requerida por el seguimiento MPP sea mayor que el valor teórico, prefijado por el procedimiento conforme a la invención, para la tensión de circuito intermedio Uzwk soll, en el procedimiento conforme a la invención preferentemente se ajusta la tensión de generador requerida por el seguimiento MPP. En caso de que sin embargo la tensión de generador Udc requerida por el seguimiento MPP sea menor o igual que el valor teórico, prefijado por el procedimiento conforme a la invención, para la tensión de circuito intermedio Uzwk soll, con vistas a la intensidad de corriente de fuga Ia a limitar es asignado como tensión de generador el valor de tensión Uzwk soll, prefijado por el procedimiento conforme a la invención. Este valor habitualmente ya no es idéntico al valor de tensión para el que el generador FV opera en el punto de máximo suministro de potencia. Hay que tener en cuenta también que una operación de la disposición conforme a la figura 2 ya no es posible para tensiones de generador por debajo de U1.
Para ampliar el intervalo de tensiones de entrada de un inversor 4, es conocido conectar antes del puente de inversor 7 un convertidor DC/DC adicional. La figura 8 muestra a modo de ejemplo una representación esquemática de una instalación así conforme a la figura 1, que respecto a la realización de la figura 2 está complementada con un convertidor DC/DC 9 en la vía de tensión continua del generador FV. El convertidor DC/DC 9 puede estar realizado como convertidor elevador o convertidor reductor o también como convertidor elevador/reductor combinado. Al emplearse determinados convertidores DC/DC 9, en particular aquéllos que no tienen separación galvánica entre entrada y salida, aparecen corrientes de fuga en una disposición conforme a la figura 8 de igual modo que en una disposición conforme a la figura 2, con lo que el procedimiento conforme a la invención también encuentra su aplicación en una disposición conforme a la figura 8.
Al emplearse por ejemplo un convertidor elevador como convertidor DC/DC 9 en una disposición conforme a la figura 8, es posible una operación de la instalación, en contraposición con una disposición conforme a la figura 2, también para tensiones de generador Udc que pueden estar por debajo de U2 si se emplea modulación sinusoidaltriangular convencional y por debajo de U1 si se emplea modulación sinusoidal-triangular modificada, por ejemplo modulación sinusoidal-triangular con desplazamiento variable en el tiempo. En conexión con el procedimiento conforme a la invención, la disposición conforme a la figura 8 demuestra ser además de ello particularmente ventajosa, ya que ahora, en el caso de que la tensión de generador Udc, requerida por el seguimiento MPP, sea menor o igual que el valor teórico, prefijado por el procedimiento conforme a la invención, para la tensión de circuito intermedio Uzwk soll, ambos valores de tensión pueden ser ajustados a su óptimo independientemente entre sí. De este modo es posible llevar a cabo una regulación de la intensidad de corriente de fuga conjuntamente con un seguimiento del punto de máxima potencia, sin que estos dos procedimientos de regulación influyan desventajosamente uno en otro. En el caso en que la tensión Udc, requerida por el seguimiento MPP, sea mayor que el valor teórico, prefijado por el procedimiento conforme a la invención, para la tensión de circuito intermedio Uzwk soll, en el procedimiento conforme a la invención es asignada, en una disposición conforme a la figura 8 con convertidor elevador como convertidor DC/DC, también nuevamente de forma preferida la tensión de generador requerida por el seguimiento MPP.
Resumen de los símbolos de referencia y de fórmula empleados
1 Generador FV
2, 3 Conductores
4 Inversor
5 Línea
6 Capacidad Cx
7 Puente de inversor
9 Convertidor DC/DC
10, 11, 12 Salidas
AU [V] Aumento para el valor límite de tensión U1
Cl, C2 [nF] Capacidades de divisores de tensión
Cn1, Cn2, Cn3 [nF] Capacidades de filtro de red
Cx [nF] Capacidad de fuga equivalente
Il [mA] Valor límite de intensidad de corriente de fuga a partir del que se produce un aumento del valor límite inferior de la tensión del circuito intermedio
I2 [mA] Valor límite de intensidad de corriente de fuga hasta el que se produce un aumento del valor límite inferior de la tensión del circuito intermedio
Ia [mA] Intensidad de corriente de fuga
Imax [mA] Intensidad de corriente de fuga máxima admisible
ki Parámetro de regulación
k2 Parámetro de regulación
k3 Parámetro de regulación
k4 Parámetro de regulación
Ln1, Ln2, Ln3 [mH] Inductancias de filtro de red
M [-] Índice de modulación
M* Punto de disposición de circuito
PE Potencial de tierra
Ü [V] Valor de cresta de la señal de tensión de red
U1 [V] Valor límite inferior de la tensión de circuito intermedio Uzwk, por debajo del cual no es posible ya la generación de las evoluciones de tensión de red
U2 [V] Valor límite de la tensión de circuito intermedio Uzwk, por debajo del cual el inversor opera mediante modulación sinusoidal-triangular con desplazamiento variable en el tiempo U3 [V] Valor máximo para el aumento AU
U4 [V] Valor límite inferior de la tensión de circuito intermedio Uzwk, que se produce por aumento de U1 en AU
Udc [V] Tensión en el generador FV
UM [V] Tensión entre M* y PE
Ux [V] Tensión entre PE y el conductor 3
UzwK [V] Tensión del circuito intermedio
UzwK SOLL [V] Especificación del valor teórico para la tensión del circuito intermedio
ZwK - Potencial negativo del circuito intermedio
ZwK Potencial positivo del circuito intermedio

Claims (9)

REIVINDICACIONES
1. Procedimiento para gestionar un inversor (4) sin transformador, diseñado para la conversión de tensión DC/AC, que tiene al menos una entrada de tensión continua así como un circuito intermedio y que puede ser unido a una red de suministro de energía a través de al menos una salida de tensión alterna (10, 11, 12), con cuya red está en interacción por flujo de potencia, de tal modo que durante la operación del inversor puede aparecer una intensidad de corriente de fuga Ia, en que la o las entradas de tensión continua del inversor (4) no tienen ninguna unión galvánica a o respectivamente con un potencial N y/o PE de la red de suministro de energía,
a) en que la gestión se produce con una disposición de regulación,
b) en que durante la gestión del inversor (4) para el control de un módulo de potencia del inversor, que tiene semiconductores de potencia, se emplea un procedimiento de modulación por anchura de impulsos con una señal de modulación por anchura de impulsos,
caracterizado porque
c) la señal de modulación por anchura de impulsos del inversor es generada mediante una modulación sinusoidal-triangular modificada con desplazamiento variable en el tiempo, en que la amplitud del desplazamiento se escoge siempre con un valor sólo tan grande como sea necesario para evitar una sobremodulación de la señal de modulación por anchura de impulsos generada, y
d) la intensidad de corriente de fuga Ia es regulada mediante una modificación de una especificación del valor teórico para una tensión de circuito intermedio Uzwk soll del circuito intermedio del inversor (4).
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la regulación de la intensidad de corriente de fuga Ia se produce en un estado de operación del inversor (4), en el que se satisface al menos una condición.
3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque la al menos una condición consiste en que una tensión de circuito intermedio Uzwk a la entrada del puente de inversor (7) es menor que el doble de la tensión de cresta Ü de la señal de tensión de red.
4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 2 ó 3, caracterizado porque la al menos una condición se satisface cuando una tensión de circuito intermedio Uzwk tiene un valor de tensión que es mayor que un primer valor límite de tensión (U1) prefijable, y cuando la tensión de circuito intermedio Uzwk tiene un valor de tensión que es menor que un segundo valor límite de tensión (U2) prefijable.
5. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque la al menos una condición se satisface cuando la intensidad de corriente de fuga Ia tiene un valor de intensidad de corriente que es mayor que un primer valor límite de intensidad de corriente prefijable, en que la intensidad de corriente de fuga Ia es regulada entonces a un valor de intensidad de corriente que es menor o igual que un segundo valor límite de intensidad de corriente prefijable.
6. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado porque para el primer valor límite de intensidad de corriente se cumple: Ia = 0, y porque para el segundo valor límite de intensidad de corriente se cumple: Ia = Imax, en que Imax es un valor de intensidad de corriente por encima del cual el inversor es llevado a un estado de seguridad por su disposición de protección frente a corrientes de defecto.
7. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque para la determinación de la modificación de la especificación del valor teórico para una tensión de circuito intermedio se evalúa una curva característica prefijada.
8. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque como inversor (4) se emplea uno con un convertidor DC/DC (9) por el lado de entrada.
9. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque en la gestión, junto a la regulación de la intensidad de corriente de fuga, se lleva a cabo un seguimiento del punto de máxima potencia para la maximización de una potencia suministrada por un generador FV.
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