ES2708177T3 - Distribución de potencia en una embarcación - Google Patents
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Abstract
Disposición (1) para la distribución de potencia en una embarcación, que comprende: un primer bus (7) DC que opera a un primer voltaje medio; al menos un segundo bus (9) DC que opera a un segundo voltaje medio y que no tiene conexión directa con el primer bus (7) DC; un primer bus (13) AC que opera a bajo voltaje; un primer inversor (15) acoplado entre el primer bus (7) DC y el primer bus (13) AC para permitir el flujo de potencia desde el primer bus (7) DC al primer bus (13) AC en un primer modo de operación; un segundo bus (17) AC que opera a bajo voltaje; un segundo inversor (19) acoplado entre el segundo bus (9) DC y el segundo bus (17) AC para permitir el flujo de potencia desde el segundo bus DC al segundo bus AC en el primer modo de operación; un sistema (21) de conexión de voltaje bajo para conectar o desconectar selectivamente el primer bus AC y el segundo bus AC; caracterizado porque la disposición está adaptada, en un segundo modo de operación para conectar el primer bus (13) AC y el segundo bus (17) AC a través del sistema (21) de conexión de voltaje bajo y para controlar el primer inversor (15) y el segundo inversor (19), para suministrar potencia desde el segundo bus (9) DC a través del segundo inversor (19) al segundo bus (17) AC, desde el segundo bus AC al primer bus (13) AC y desde el primer bus AC a través del primer inversor (15) al primer bus (7) DC o viceversa.
Description
DESCRIPCION
Distribucion de potencia en una embarcacion.
Campo de la invencion
La presente invencion se refiere a una disposicion y a un metodo para la distribucion de potencia en una embarcacion, en particular un buque o una plataforma.
Antecedentes de la tecnica
Para operar una embarcacion, en particular un buque o una plataforma, por ejemplo, en la plataforma de exploracion petrolera, la energia electrica debe ser distribuida a un numero de consumidores. Por ejemplo, los propulsores y las bombas deben ser operados en una embarcacion. Los diferentes consumidores requieren diferentes voltajes o pueden requerir potencia AC o potencia DC. En el estado de la tecnica, se pueden haber utilizado sistemas de distribucion de voltaje medio que tienen engranajes de conmutacion tradicionales, transformadores y VFDs, para proporcionar la potencia necesaria a los consumidores plurales. Estos sistemas convencionales pueden requerir frecuencia estable o constante. Por lo tanto, un generador principal o motor primario puede ser necesario para funcionar a una cierta velocidad o velocidad de rotacion. Adicionalmente, todos los cambios de carga deberan ser provistos por los motores primarios. Alternativamente, en la tecnica anterior, se han utilizado sistemas de variadores multiples de bajo voltaje, con interruptores DC entre las secciones. El interruptor DC opcional ofrece la posibilidad de tener una conexion de anillo cerrado y, por lo tanto, una carga compartida mas eficiente. En caso de una falla, el interruptor DC puede asegurar la desconexion rapida y la limitacion de la corriente de cortocircuito.
Sin embargo, la distribucion de potencia convencional y los sistemas pueden tener algunas desventajas y problemas tecnicos. En particular, puede requerirse una gran cantidad de equipos de espacio voluminoso y tambien una cantidad considerable de cables para los sistemas convencionales. Adicionalmente, los generadores necesitan tener una capacidad considerable.
Por lo tanto, puede ser necesaria una disposicion y un metodo para la distribucion de potencia en una embarcacion que requiera un equipo menos pesado o complejo, y que pueda operarse de manera segura y confiable.
El documento EP2623416 describe un sistema con generadores diesel para producir potencia electrica y unidades convertidoras para convertir AC a DC. DC se suministra a los consumidores. Un dispositivo de control controla la velocidad de rotacion de cada generador de acuerdo con la potencia requerida.
El problema tecnico se resuelve mediante el objeto de las reivindicaciones independientes.
Sumario de la invencion
La necesidad puede ser satisfecha por el objeto de las reivindicaciones independientes. Las reivindicaciones dependientes especifican realizaciones particulares de la invencion.
De acuerdo con una realizacion de la presente invencion, se proporciona una disposicion para la distribucion de potencia en una embarcacion, que comprende un primer bus DC que opera a un primer voltaje medio, al menos un segundo bus DC (en particular, varios segundos buses DC) que operan en un segundo voltaje medio y sin conexion directa con el primer bus DC, un primer bus AC que opera a voltaje bajo, un primer inversor acoplado entre el primer bus DC y el primer bus AC para permitir el flujo de potencia desde el primer bus DC al primer bus AC en un primer modo de operacion, un segundo bus AC que opera a voltaje bajo, un segundo inversor acoplado entre el segundo bus DC y el segundo bus AC para permitir el flujo de potencia desde el segundo bus DC al segundo bus AC en el primer modo de operacion; un sistema de conexion de voltaje bajo para conectar o desconectar selectivamente el primer bus AC y el segundo bus AC o viceversa; en donde la disposicion esta adaptada, en un segundo modo de operacion para conectar el primer bus AC y el segundo bus AC a traves del sistema de conexion de voltaje bajo y para controlar el primer inversor y el segundo inversor, para suministrar potencia desde el segundo bus DC a traves del segundo inversor al segundo bus AC, desde el segundo bus AC al primer bus AC y desde el primer bus AC a traves del primer inversor al primer bus DC o viceversa.
De acuerdo con una realizacion de la presente invencion, hay un flujo de potencia desde un inversor de sistema de potencia a traves de otro inversor de sistema de potencia y viceversa.
La disposicion puede ademas adaptarse para generar la potencia y tambien suministrar la potencia a los consumidores plurales. El primer bus DC y/o el segundo bus DC pueden comprender varias secciones de cable, es decir, conductores electricos que comprenden alambres que estan aislados entre si para mantener el voltaje medio entre los alambres. El primer bus DC y el segundo bus DC son independientes entre si y pueden, por ejemplo, o en particular ser suministrados con energia electrica de generadores independientes. El primer bus DC y el segundo bus DC pueden estar separados entre si y no hay conexion directa entre el primer bus DC y el segundo bus DC. Por lo tanto, en caso de una falla (de potencia) en uno del primero o segundo bus DC, el otro bus DC respectivo puede servir como el unico suministro de energia (la energia generada por sus respectivos generadores) para dar potencia
a los consumidores que estan conectados al bus DC que sigue operando, asi como a los consumidores conectados al bus DC en el que se produjo el fallo. Por lo tanto, la energia electrica disponible en uno de los buses DC puede sustituir la energia electrica requerida en el otro bus DC o en un sistema de distribucion de potencia asociado que incluya tambien el bus AC y otros subcircuitos o subuses.
Los buses AC (el primer bus AC y el segundo bus AC) pueden proporcionar un bus monofasico o trifasico o incluso un bus de fase superior, en particular operando a una frecuencia entre 50 Hz y 100 Hz. Operar el primer bus DC a un primer voltaje medio y operar el segundo bus DC a un segundo voltaje medio puede ser ventajoso ya que puede reducir el tamano o el tamano de la seccion transversal del cable en comparacion con el caso en que los buses DC serian operados a voltajes mas bajos. El inversor (por ejemplo, el primer inversor y el segundo inversor o tambien el inversor consumidor o inversor de bateria mencionado a continuacion) puede tener la capacidad de convertir una corriente de potencia DC a una corriente de potencia AC que tenga una frecuencia ajustable y/o viceversa.
Los inversores pueden, por ejemplo, comprender elementos semiconductores de potencia, en particular transistores de potencia, tales como IGBTs. Por ejemplo, para convertir una corriente de potencia trifasica en una corriente de potencia DC, las tres fases de entrada pueden suministrarse cada una entre dos transistores de potencia que estan conectados en serie entre dos terminales DC. Los transistores de potencia pueden suministrarse con senales de activacion de compuerta apropiadas que activan y desactivan los transistores de potencia (en particular utilizando tecnicas de modulacion de ancho de pulso) de manera que la corriente de potencia trifasico se convierte en la corriente de potencia DC entre los terminales DC. Adicionalmente, se puede conectar un condensador entre los terminales DC. El inversor puede operarse en dos direcciones opuestas, es decir, puede operarse para convertir una corriente de potencia DC en una la corriente de potencia AC o puede operarse para convertir una corriente de potencia AC en una la corriente de potencia DC.
El modo de operacion del inversor puede conmutarse cuando la disposicion cambia de un modo de operacion a otro modo de operacion. Por lo tanto, el primer modo de operacion especificado puede considerarse como un modo de operacion normal, en el que ambos sistemas, es decir, el primer sistema que comprende el primer bus DC, el primer bus AC y el primer inversor, y en el que tambien el segundo sistema, es decir, que comprende el segundo bus DC, el segundo bus AC y el segundo inversor, ambos operan de manera normal sin ningun fallo. Adicionalmente, en el modo de operacion normal, los generadores asociados con el primer sistema o el segundo sistema operan correctamente y proporcionan energia electrica al primer sistema y al segundo sistema, respectivamente.
Los buses DC pueden proporcionarse para dar potencia a un numero de consumidores que requieren un voltaje relativamente mas alto, por ejemplo, el primer voltaje medio o el segundo voltaje medio. En contraste, los buses AC pueden operarse para proporcionar potencia a otros consumidores que pueden requerir un voltaje mas bajo, por ejemplo, el voltaje bajo.
De acuerdo con una realizacion de la presente invencion, la disposicion comprende dos o mas buses DC con inversores que comparten potencia a traves de una red de distribucion de sub-AC. Por lo tanto, el voltaje DC (en particular el primer voltaje medio y el segundo voltaje medio) puede ser diferente, al introducir un transformador en el lado del inversor. Aunque una solucion de variador multiple de voltaje bajo puede haber introducido una forma flexible de proporcionar potencia a los consumidores en una planta de potencia, se pueden haber observado varias desventajas. En particular, para clasificaciones de potencia mas grandes, se puede desear una solucion de voltaje medio debido a la necesidad de un numero enorme y un gran tamano del cableado. Las realizaciones de la presente invencion proporcionan el voltaje medio en los buses DC, reduciendo asi los requisitos con respecto al tamano del cableado. Las realizaciones de la presente invencion proporcionan una forma mas flexible de flujo de potencia entre las diversas secciones de potencia. Adicionalmente, las realizaciones de la presente invencion permiten la posibilidad de conectar baterias con voltaje bajo (u otros dispositivos de almacenamiento de energia) como una fuente de potencia flexible a la red de voltaje medio. Adicionalmente, otras realizaciones de la presente invencion pueden proporcionar la posibilidad de una conexion de anillo cerrado y una carga compartida a traves de una conexion flexible entre las secciones de bus.
Las realizaciones de la presente invencion pueden proporcionar las siguientes ventajas: Una planta de potencia rentable puede construirse con menos transformadores, menos espacio requerido, menos requisitos en cables. Adicionalmente, se ofrece la posibilidad de plantas de energia de multiples niveles de voltaje. Ademas, los generadores pueden reducirse y se puede reducir o incluso evitar un gran numero de cables de voltaje bajo.
Adicionalmente, los generadores pueden consumir menos combustible que en los sistemas convencionales. Ademas, puede proporcionarse la posibilidad de un arranque suave de los consumidores del sistema de distribucion de potencia. Los generadores pueden requerir menos mantenimiento. Ademas, se puede permitir una integracion perfecta de baterias u otras fuentes de potencia de voltaje bajo. Ademas, el sistema puede tener un tiempo de respuesta mas rapido, en particular cuando se produce un fallo de potencia.
En el segundo modo de operacion, se habilita un flujo de potencia desde el segundo sistema DC al primer sistema DC, para soportar el primer sistema de distribucion de potencia. De este modo, se evita cualquier conexion directa entre el primer bus DC y el segundo bus DC. En particular, en sistemas convencionales, la conexion entre los respectivos buses DC puede requerir un equipo pesado, complejo y costoso, y la operacion de este equipo puede
ser complicada. Estas desventajas se evitan mediante realizaciones de la presente invencion. En particular, los convertidores entre los buses DC y los buses AC pueden estar presentes de todos modos para proporcionar energia electrica desde los buses DC al bus AC respectivo. Estos inversores pueden utilizarse, de forma sinergica, para transferir energia electrica desde el segundo bus DC al primer bus DC sin necesidad de ningun equipo o componente adicional. Por lo tanto, la complejidad del sistema puede reducirse y los costes pueden reducirse.
De este modo, el segundo modo de operacion puede adoptarse cuando se produce un fallo de potencia (por ejemplo, un fallo en un generador, un cortocircuito en un cable o similar) en el primer bus DC (o componentes asociados). De este modo, se puede garantizar que tambien los consumidores que estan conectados a uno de los buses del primer sistema puedan operar adecuadamente.
De acuerdo con una realizacion de la presente invencion, la disposicion comprende ademas un primer transformador acoplado entre el primer inversor y el primer bus AC para transformar el primer voltaje medio al voltaje bajo y un segundo transformador acoplado entre el segundo inversor y el segundo bus AC para transformar el segundo voltaje medio a voltaje bajo.
De este modo, se puede habilitar una transformacion fiable del primer voltaje medio al voltaje bajo y la transformacion del segundo voltaje medio a el voltaje bajo. Ademas, el (los) transformador (es) pueden operarse de manera inversa, transformando asi el voltaje bajo en el primer voltaje medio o transformando el voltaje bajo en el segundo voltaje medio. De este modo, se puede habilitar un intercambio confiable de energia electrica entre los diferentes buses.
De acuerdo con una realizacion de la presente invencion, la disposicion comprende ademas al menos un primer y/o un segundo consumidor de AC, en particular un propulsor, un primer y/o segundo inversor de consumidor acoplados al primer segundo consumidor de AC respectivamente y que se puede conectar al primer segundo bus DC respectivamente para proporcionar potencia al primer segundo consumidor de AC respectivamente.
El inversor del consumidor puede controlarse para transformar la corriente de potencia DC en una corriente de potencia AC que es adecuada para impulsar al respectivo consumidor de AC. En particular, la velocidad de rotacion del propulsor puede ajustarse ajustando la frecuencia de la salida de la corriente de potencia AC por el respectivo inversor consumidor. De este modo, se puede lograr una alta flexibilidad para dar potencia a diferentes consumidores, lo que puede requerir una frecuencia diferente de una corriente de potencia AC.
De acuerdo con una realizacion de la presente invencion, la disposicion comprende ademas una primera y/o segunda bateria, un primer y/o inversor de bateria acoplados a la primera segunda bateria respectivamente y que se pueden conectar al primer segundo bus AC respectivamente, en el que, en un tercer modo de operacion, la primera segunda bateria respectivamente, esta conectada al primer segundo inversor consumidor respectivamente (directamente) a traves de (o no a traves de) el primer segundo inversor respectivamente, para suministrar potencia desde la primera segunda bateria respectivamente al primer segundo consumidor de AC respectivamente.
La bateria puede servir como una fuente de energia de respaldo en caso de una falla. La bateria (o el acumulador u otro dispositivo de almacenamiento de energia) puede cargarse durante operacion normal, para ahorrar energia ante una situacion de falla. La bateria o el acumulador que proporciona potencia DC puede estar directamente conectado al inversor consumidor, en particular a una seccion de entrada DC del inversor consumidor.
De este modo, cada inversor puede comprender una seccion de DC y una seccion de AC. La seccion de DC se puede utilizar como una entrada o una salida y la seccion de AC se puede utilizar como una salida o como una entrada del inversor respectivo. Para el inversor consumidor, la seccion de DC se puede usar como una entrada y la seccion de AC se puede usar como una salida que luego se conecta al consumidor de AC, en particular un propulsor. Sin embargo, el primer inversor, el segundo inversor y el inversor de bateria pueden operar cada uno en dos direcciones diferentes en las que, en un caso, la seccion de DC es una seccion de entrada y la seccion de AC es una seccion de salida o en otro caso donde la seccion de DC es una seccion de salida y la seccion de AC es una seccion de entrada. Por lo tanto, en caso de una falla de los generadores del primer sistema y del generador tambien del segundo sistema, la bateria aun puede dar potencia a los consumidores de AC, para mantener la embarcacion operable.
De acuerdo con una realizacion de la presente invencion, en un cuarto modo de operacion, la primera y/o la segunda bateria se conectan a traves del primer segundo inversor de la bateria respectivamente, el primer segundo bus AC respectivamente, el primer segundo transformador respectivamente y el primer segundo inversor respectivamente al primer segundo bus DC respectivamente, para permitir el flujo de potencia entre ellos.
En el cuarto modo de operacion, la bateria puede cargarse desde el respectivo bus DC a traves del respectivo inversor o, en caso de una falla, la bateria puede dar potencia a traves del respectivo inversor al respectivo bus DC para proporcionar energia electrica a consumidores conectados al respectivo bus DC. Por lo tanto, se puede proporcionar una alta flexibilidad y alta seguridad.
De acuerdo con una realizacion de la presente invencion, la disposicion comprende ademas un primer y/o segundo bus AC secundario que opera a un voltaje muy bajo, un primer y/o segundo transformador secundario que se puede conectar entre el primer segundo bus AC respectivamente y el primer segundo bus AC secundario respectivamente. Los buses AC secundarios se pueden usar para varios propositos diferentes, para dar potencia a otros consumidores. De este modo, la gama de consumidores admitidos puede ampliarse.
De acuerdo con una realizacion de la presente invencion, la disposicion comprende ademas un primer y/o segundo tablero de conmutadores UPS y un primer y/o segundo suministro de potencia ininterrumpible que se puede conectar entre el primer segundo bus AC respectivamente y el primer segundo tablero de conmutadores UPS respectivamente.
El tablero de conmutadores UPS y el suministro de potencia ininterrumpible pueden proporcionar seguridad adicional en caso de fallos.
De acuerdo con una realizacion de la presente invencion, la disposicion comprende ademas un tablero de conmutadores de emergencia de voltaje bajo que se puede conectar al primer bus AC, un generador de emergencia que se puede conectar con el tablero de conmutadores de emergencia, en el que uno o mas consumidores, en particular las bombas incluidas, pueden conectarse al tablero de conmutadores de emergencia de voltaje bajo. El generador de emergencia puede dar potencia al tablero de conmutadores de emergencia de voltaje bajo, lo que puede permitir la potenciacion de componentes esenciales de la embarcacion, como una bomba de lastre o una bomba contraincendios. Por lo tanto, se proporciona seguridad adicional. El tablero de conmutadores de emergencia de voltaje bajo se puede conectar al primer bus AC en condiciones normales, para dar potencia a los consumidores esenciales mediante el suministro de potencia normal.
De acuerdo con una realizacion de la presente invencion, la disposicion comprende ademas un tablero de conmutadores de emergencia de voltaje muy bajo conectado al tablero de conmutadores de emergencia de voltaje bajo a traves de un transformador, en el que uno o mas consumidores se pueden conectar al tablero de conmutadores de emergencia de voltaje muy bajo.
El tablero de conmutadores de emergencia de voltaje muy bajo se puede usar para dar potencia a otros componentes potencialmente esenciales de la embarcacion, para mantener la embarcacion operable.
Ademas, la disposicion puede comprender un controlador que esta adaptado, en particular utilizando control de caida de frecuencia, para controlar interruptores (o conmutadores, en particular el sistema de conexion de voltaje bajo), inversores y/o generadores (como generadores diesel o gas), en particular para controlar la velocidad del generador, en funcion de los requisitos de potencia de los consumidores y en funcion de una condicion de falla. En particular, puede proporcionarse un controlador central que recibe senales de medicion con respecto a mediciones plurales electricas en ubicaciones plurales dentro del primer sistema y/o el segundo sistema. El controlador puede en particular generar senales de modulacion de ancho de pulso para el inversor o puede suministrar senales de referencia, como referencia de voltaje, referencia de corriente o referencia de factor de potencia a los inversores. Por lo tanto, se puede habilitar una operacion segura y confiable.
Adicional, los consumidores plurales AC de voltaje bajo pueden conectarse (a traves de conmutadores o interruptores) al primer bus AC o al segundo bus AC.
De acuerdo con una realizacion de la presente invencion, el primer voltaje medio es diferente del segundo voltaje medio, en la que en particular el primer voltaje medio y el segundo voltaje medio esta entre 1 kV y 10 kV, en donde adicionalmente en particular el voltaje bajo esta entre 500 V y 1 kV, en donde aun mas en particular el voltaje muy bajo esta entre 300 V y 200 V. Otros voltajes son posibles.
Debe entenderse que las caracteristicas que son individualmente o en cualquier combinacion divulgada, descrita, mencionada o provista para una disposicion para la distribucion de potencia en una embarcacion tambien pueden ser usadas, individualmente o en cualquier combinacion, utilizadas o proporcionadas para un metodo para distribucion de potencia de acuerdo con una realizacion de la presente invencion y viceversa.
De acuerdo con una realizacion de la presente invencion, se proporciona un metodo para la distribucion de potencia en una embarcacion, que comprende operar un primer bus DC a un primer voltaje medio, operar al menos un segundo bus DC que no tiene conexion directa con el primer bus DC en un segundo voltaje medio, operar un primer bus AC a voltaje bajo; permitiendo el flujo de potencia desde el primer bus DC al primer bus AC en un primer modo de operacion usando un segundo inversor acoplado entre el primer bus DC y el primer bus AC, operando un segundo bus AC a voltaje bajo, permitiendo el flujo de potencia desde el segundo bus DC al segundo bus AC en el primer modo de operacion utilizando un segundo inversor acoplado entre el segundo bus DC y el segundo bus AC para; conectar o desconectar selectivamente el primer bus AC y el segundo bus AC utilizando un sistema de conexion de voltaje bajo; en donde, en un segundo modo de operacion, el primer bus AC y el segundo bus AC se conectan a traves del sistema de conexion de voltaje bajo y controlan el primer inversor y el segundo inversor, para
suministrar potencia desde el segundo bus DC a traves del segundo inversor al segundo bus AC, desde el segundo bus AC hasta el primer bus AC, y desde el primer bus AC a traves del primer inversor hasta el primer bus DC o viceversa.
De acuerdo con una realizacion de la presente invencion, en una planta de potencia marina, se proporciona un sistema de variador multiple de voltaje medio (> 1 kV) que puede tener un voltaje bajo (red de distribucion de <1 kV. La planta de potencia se puede segregar en dos o mas secciones que pueden usar el sistema de distribucion de voltaje bajo como un flujo de potencia libre entre el sistema de variador multiple de voltaje medio. El control del flujo de potencia se puede hacer utilizando el control de caida de frecuencia para garantizar la integridad del sistema. Ademas, el flujo de potencia puede provenir del voltaje medio del variador multiple que entra y sale de una bateria de voltaje bajo a traves de un extremo frontal activo de voltaje bajo.
Las realizaciones de la presente invencion pueden tener las ventajas de ser compactas, de bajo coste, de alta redundancia. Adicional, el respaldo de la bateria puede mantener la embarcacion en posicion despues del apagon, lo que agrega una mayor seguridad a la operacion. Adicionalmente, se puede proporcionar un flujo continuo de potencia entre los sistemas, lo que brinda flexibilidad de configuracion. Ademas, los generadores pueden consumir menos combustible. Ademas, se puede habilitar el arranque suave del sistema de distribucion. Ademas, se puede lograr una frecuencia estable en la red. Los generadores pueden requerir menos mantenimiento y puede haber un escape mas limpio con menos humos debido a una condicion de carga mas estable (la bateria puede funcionar como una afeitadora de carga).
Las realizaciones de la presente invencion se describiran ahora con referencia a los dibujos adjuntos. La invencion no esta restringida a las realizaciones descritas o ilustradas.
La figura 1 ilustra un diagrama de circuito esquematico de una disposicion para la distribucion de potencia en una embarcacion de acuerdo con una realizacion de la presente invencion que esta adaptada para realizar un metodo para la distribucion de potencia de acuerdo con una realizacion de la presente invencion.
El diagrama de circuito esquematico de la disposicion 1 para la distribucion de potencia en una embarcacion ilustra un primer sistema 3 y un segundo sistema 5 que comparten una serie de caracteristicas. El primer sistema 3 comprende un primer bus 7 DC que opera a un primer voltaje medio, en el ejemplo ilustrado 6.0 kV DC. De manera similar, el segundo sistema 5 comprende un segundo bus 9 DC que opera a un segundo voltaje medio, por ejemplo, entre 5 kV y 10 kV DC. Como se indica en la figura, el primer bus 7 DC y el segundo bus 9 DC estan separados por una barrera 11, son independientes entre si y/o estan separados entre si. Por lo tanto, no hay conexion directa entre el primer bus 7 DC y el segundo bus 9 DC.
El primer sistema 3 comprende ademas un primer bus 13 AC que opera a voltaje bajo, en el ejemplo ilustrado 690 V, 60 Hz AC. Un primer inversor 15 esta acoplado entre el primer bus 7 DC y el primer bus 13 AC. El segundo sistema 5 comprende un segundo bus 17 AC que opera a voltaje bajo, es decir, 690 V, 60 Hz AC. Un segundo inversor 19 esta acoplado entre el segundo bus 9 DC y el segundo bus 17 AC. Ademas, la disposicion 1 comprende un sistema 21 de conexion de voltaje bajo que comprende los conmutadores 23 y 25 para conectar o desconectar selectivamente el primer bus 13 AC y el segundo bus 17 AC.
Un numero de primeros generadores 27 esta acoplado, a traves de los respectivos inversores 29 generadores, al primer bus 7 DC, para suministrar energia electrica al primer bus 7 DC. Para conectar o desconectar los generadores 27, se proporcionan los conmutadores 31 entre el generador respectivo y el primer bus DC. El segundo sistema 5 comprende de manera similar y conecta los segundos generadores 33 que, a traves de los segundos inversores 35 generadores, se conectan a traves de los conmutadores 37 al segundo bus 9 DC. Mas o menos generadores 27 o generadores 33 pueden conectarse al primer bus 7 DC y segundo bus 9 DC, respectivamente. El primer bus 7 DC esta conectado a traves de los inversores 39 consumidores a los consumidores 41 AC, en el ejemplo ilustrado de los propulsores. Se pueden conectar mas o menos consumidores 41 AC al primer bus 7 DC. De manera similar, el segundo bus 7 DC esta conectado, a traves de inversores 43 consumidores, a los segundos consumidores 45 AC.
El primer bus 7 DC proporciona a traves del primer inversor 15 y un primer transformador 47 energia electrica al primer bus 13 AC. De este modo, el inversor 15 convierte la corriente de potencia DC en una corriente de potencia AC y el transformador 47 transforma el primer voltaje medio de 6,0 kV DC al voltaje bajo 600 V, 60 Hz AC. Los consumidores 49 plurales estan conectados, a traves de los conmutadores 44, al primer bus 13 AC y los consumidores 51 plurales se pueden conectar a traves de los conmutadores 53 al segundo bus 17 AC.
Un primer bus 55 AC secundario esta conectado a traves de un primer transformador 57 secundario al primer bus 13 AC. Un segundo bus 59 AC secundario esta conectado a traves de un segundo transformador 61 secundario al segundo bus 17 AC. Un primer tablero de conmutadores 63 de UPS esta conectado a traves de un conmutador 65 a un suministro 67 de potencia ininterrumpible que, a traves de un conmutador 69 adicional, se puede conectar al primer bus 13 AC. Un segundo tablero de conmutadores 71 UPS es, a traves de un conmutador 73, que se puede conectar a un segundo suministro 75 de potencia ininterrumpida que se puede conectar a traves de un conmutador 77 al segundo bus 17 AC.
Un tablero de conmutadores 79 de emergencia de voltaje bajo es, a traves de un conmutador 81, que se puede conectar al primer bus 13 AC. Un generador 83 de emergencia se puede conectar, a traves de un conmutador 85, al tablero de conmutadores 79 de emergencia de voltaje bajo. Uno o mas consumidores 87, en el ejemplo ilustrado, una bomba de lastre y una bomba contra incendio se pueden conectar, a traves de los conmutadores 88, al tablero de conmutadores 79 de emergencia de voltaje muy bajo. Un tablero de conmutadores 89 de emergencia de voltaje muy bajo es, a traves de un transformador 91, que se puede conectar al tablero de conmutadores 79 de emergencia de voltaje bajo. Otros consumidores 91 se pueden conectar, a traves de los conmutadores 93, al tablero de conmutadores 89 de emergencia de voltaje muy bajo.
Una primera bateria 104 es, a traves de un convertidor 101 de bateria, conectada al primer bus 13 AC. Una segunda bateria 105 es, a traves de un segundo inversor 103 de bateria, que se puede conectar al segundo bus 17 AC.
Un controlador 95 recibe senales 97 de medicion, por ejemplo, senales de medicion de los generadores 27, 33, senales de medicion de los propulsores o consumidores 41, 45, senales operativas de los consumidores 49, 51, 87, 91 y tambien senales de medicion con respecto a voltaje, corriente, potencia activa, potencia reactiva en el primer bus 7 DC, el segundo bus 9 DC, el primer bus 13 AC y/o el segundo bus 17 AC o cualquier conductor conectado al mismo. En particular, el controlador 95 recibe informacion sobre fallas potenciales en uno de los sistemas 3 o 5. Dependiendo de las senales 97 de medicion y la situacion de falla, el controlador 95 genera senales 99 de control que se proporcionan a los convertidores 15, 19, 39, 43, 101, 103, 29, 35 y potencialmente otros componentes de la disposicion 1. Ademas, las senales de control se envian a los interruptores plurales, tales como los conmutadores 31,37, 23, 25, 81,88, 93, 65, 69, 73, 53, etc., para accionar la conmutacion.
La disposicion 1 es operable en un numero de modos operativos. En un primer modo de operacion, tambien conocido como modo de operacion normal, la energia electrica se proporciona a traves del cable 48 desde el primer bus 7 DC a traves del primer inversor 15 y el primer transformador 47 hasta el primer bus 13 AC. Desde alli, los consumidores 49 cuentan con energia electrica y tambien los consumidores 87 reciben energia electrica cuando los conmutadores 107, 81 estan cerrados.
En un segundo modo de operacion, en particular cuando se produce un fallo en el primer sistema 3, los conmutadores 23 y 25 del sistema 21 de conexion de voltaje bajo se cierran de manera que se suministra energia electrica al primer bus 7 DC, representado como un trayecto 109 de energia a traves del cable 50 que conecta el segundo bus 9 DC con el segundo bus 17 AC a traves del segundo inversor 19 y el segundo transformador 46 al segundo bus 17 AC, a traves del sistema 21 de conexion de voltaje bajo al primer bus 13 AC y desde alli, a traves del cable 48, el primer transformador 47 y al primer inversor 15 hasta el primer bus 7 DC. Desde alli, la energia recibida puede distribuirse a los consumidores 41 AC a traves de sus respectivos inversores 39 consumidores.
En un tercer modo de operacion, la segunda bateria 105 (y esto puede aplicarse de la misma manera al primer sistema 3) proporciona, a traves de un trayecto 111 de flujo de energia, energia electrica a traves del segundo bus 17 AC, ya sea directamente al segundo bus 9 DC o a traves del cable 50, el segundo transformador 46 y el segundo inversor 19 al segundo bus 9 DC. Por lo tanto, los consumidores 45 pueden recibir energia electrica a traves de sus respectivos inversores 43 consumidores.
En un cuarto modo de operacion, la primera bateria 104 (o de manera analoga a la segunda bateria 105) se conecta a traves del primer inversor 101 de bateria, el primer bus 13 AC, el primer transformador 47 y el primer inversor 15 al primer bus 7 DC, para permitir alli el flujo de potencia entre a traves de un trayecto 113 de energia.
En el segundo modo de operacion (ver trayecto 109 de energia), puede ocurrir un flujo de potencia entre el inversor 15 y 19 de voltaje medio. En el tercer modo de operacion (ver trayecto 111 de energia), el flujo de potencia entre los inversores 19 de voltaje medio y la bateria 105 de voltaje bajo puede ocurrir a traves de los inversores 103 de bateria. En el cuarto modo de operacion (ver trayecto 113 de energia), el flujo de potencia entre las baterias 104 de voltaje bajo y los consumidores 39, 41 pueden ocurrir, por ejemplo, despues de un apagon.
Claims (14)
1. Disposicion (1) para la distribucion de potencia en una embarcacion, que comprende:
un primer bus (7) DC que opera a un primer voltaje medio;
al menos un segundo bus (9) DC que opera a un segundo voltaje medio y que no tiene conexion directa con el primer bus (7) DC;
un primer bus (13) AC que opera a bajo voltaje;
un primer inversor (15) acoplado entre el primer bus (7) DC y el primer bus (13) AC para permitir el flujo de potencia desde el primer bus (7) DC al primer bus (13) AC en un primer modo de operacion;
un segundo bus (17) AC que opera a bajo voltaje;
un segundo inversor (19) acoplado entre el segundo bus (9) DC y el segundo bus (17) AC para permitir el flujo de potencia desde el segundo bus DC al segundo bus AC en el primer modo de operacion;
un sistema (21) de conexion de voltaje bajo para conectar o desconectar selectivamente el primer bus AC y el segundo bus AC; caracterizado porque la disposicion esta adaptada, en un segundo modo de operacion para conectar el primer bus (13) AC y el segundo bus (17) AC a traves del sistema (21) de conexion de voltaje bajo y para controlar el primer inversor (15) y el segundo inversor (19), para suministrar potencia desde el segundo bus (9) DC a traves del segundo inversor (19) al segundo bus (17) AC, desde el segundo bus AC al primer bus (13) AC y desde el primer bus AC a traves del primer inversor (15) al primer bus (7) DC o viceversa.
2. Disposicion de acuerdo con la reivindicacion 1,
en donde se adopta el segundo modo de operacion cuando se produce un fallo de potencia en el primer bus (7) DC.
3. Disposicion de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, que comprende ademas:
un primer transformador (47) acoplado entre el primer inversor (15) y el primer bus (13) AC para transformar el primer voltaje medio en el voltaje bajo;
un segundo transformador (46) acoplado entre el segundo inversor (19) y el segundo bus (17) AC para transformar el segundo voltaje medio en voltaje bajo.
4. Disposicion de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, que comprende ademas:
al menos un primer (41) y/o un segundo (45) consumidor de AC, en particular un propulsor;
un primer (39) y/o segundo (43) inversor consumidor acoplado al primer consumidor de AC respectivamente y que se puede conectar al primer (7) segundo bus (9) DC respectivamente para proporcionar potencia al primer consumidor de AC respectivamente.
5. Disposicion de acuerdo con la reivindicacion precedente, que comprende ademas:
una primera (104) y/o segunda bateria (105);
un primer (101) y/o inversor (103) de bateria acoplado a la primera segunda bateria respectivamente y que se pueden conectar al primer (13) segundo bus (17) AC respectivamente,
en donde, en un tercer modo de operacion, la primera (194) segunda bateria (105) respectivamente esta conectada al primer (41) respectivamente segundo inversor consumidor (45) directamente a traves o no a traves del primer (15) respectivamente segundo inversor (19), para suministrar potencia de la primera respectivamente segunda bateria al primer respectivamente segundo consumidor de AC.
6. Disposicion de acuerdo con la reivindicacion anterior,
en donde, en un cuarto modo de operacion, la primera y/o la segunda bateria (104, 105) se conectan a traves del primer inversor (101, 103) de la segunda bateria respectivamente, el primer segundo bus (13, 17) AC respectivamente, el primer respectivamente segundo transformador (47, 46) y el primer segundo inversor (15, 19) respectivamente al primer segundo bus (7, 9) DC respectivamente, para permitir un flujo de potencia entre ellos.
7. Disposicion de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, que comprende ademas:
un primer (55) y/o segundo bus (59) AC secundario que opera a voltaje muy bajo;
un primer (57) y/o segundo transformador (61) secundario que se puede conectar entre el primer respectivamente segundo bus AC y el primer respectivamente segundo bus AC secundario.
8. Disposicion de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, que comprende ademas:
un primer (63) y/o segundo tablero de conmutadores (71) UPS y
una primera (67) y/o segunda fuente (75) de potencia ininterrumpida que se puede conectar entre el primer (13) respectivamente segundo bus (17) AC y el primer (63) respectivamente segundo tablero de conmutadores (71) UPS.
9. Disposicion de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, que comprende ademas:
un tablero de conmutadores (79) de emergencia de voltaje bajo que se puede conectar al primer bus (13) AC; un generador (83) de emergencia que se puede conectar con el tablero de conmutadores de emergencia;
en el que uno o mas consumidores (87), en particular incluyendo bombas, se pueden conectar al tablero de conmutadores de emergencia de voltaje bajo.
10. Disposicion de acuerdo con la reivindicacion precedente, que comprende ademas:
un tablero de conmutadores (89) de emergencia de voltaje muy bajo conectado al tablero de conmutadores (79) de emergencia de voltaje bajo a traves de un transformador (91);
en donde uno o mas consumidores (91) se pueden conectar al conmutador de emergencia de voltaje muy bajo.
11. Disposicion de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, que comprende ademas:
un controlador (95) adaptado, en particular utilizando el control de caida de frecuencia, para controlar interruptores, inversores y/o generadores, en particular la velocidad del generador, en funcion de los requisitos de potencia de los consumidores y el estado de falla.
12. Disposicion de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en la que consumidores plurales (41, 45) AC de voltaje bajo se pueden conectar al primer bus (13) AC o al segundo bus (17) AC
13. Disposicion de acuerdo con una de las reivindicaciones 7 o 10, en donde el primer voltaje medio es diferente del segundo voltaje medio, en la que en particular el primer voltaje medio y el segundo voltaje medio estan entre 1 kV y 10 kV, en la que, ademas, en particular el voltaje bajo esta entre 500 V y 1 kV, en donde aun mas, en particular, el voltaje muy bajo esta entre 300 V y 200 V.
14. Metodo para la distribucion de potencia en una embarcacion, que comprende:
operar un primer bus (7) DC a un primer voltaje medio;
operar al menos un segundo bus (9) DC que no tiene conexion directa con el primer bus DC a un segundo voltaje medio;
operar un primer bus (13) AC a voltaje bajo;
permitir el flujo de potencia desde el primer bus DC al primer bus AC en un primer modo de operacion utilizando un primer inversor (15) acoplado entre el primer bus (7) DC y el primer bus (13) AC;
operar un segundo bus (17) AC a voltaje bajo;
permitir el flujo de potencia desde el segundo bus (9) DC al segundo bus (17) AC en el primer modo de operacion utilizando un segundo inversor (19) acoplado entre el segundo bus (9) DC y el segundo bus (17) AC;
conectar o desconectar selectivamente el primer bus AC y el segundo bus AC utilizando un sistema de conexion de voltaje bajo,
caracterizado porque en un segundo modo de operacion se conectan el primer bus (13) AC y el segundo bus (17) AC a traves del sistema (21) de conexion de voltaje bajo y se controlan el primer inversor (15) y el segundo inversor (19), para suministrar potencia desde el segundo bus (9) DC a traves del segundo inversor (19) al segundo bus (17) Ac, desde el segundo bus AC al primer bus (13) AC y desde el primer bus AC a traves del primer Inversor (15) al primer bus (7) DC o viceversa.
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