ES2820542T3 - Ondulador acoplado a una red, disposición de onduladores y procedimiento para hacer funcionar una disposición de onduladores - Google Patents

Ondulador acoplado a una red, disposición de onduladores y procedimiento para hacer funcionar una disposición de onduladores Download PDF

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Abstract

Disposición de onduladores con al menos dos onduladores (2) acoplados a una red para alimentar corriente a través de un transformador (4) a una red de suministro de energía (5), que están acoplados inductivamente entre ellos en el lado de la corriente alterna, caracterizada porque los onduladores (2) presentan respectivamente - una disposición de puentes de salida, que se activa a través de un modulador por ancho de pulsos (241), en donde para determinar los momentos de conmutación de la disposición de puentes de salida se emplea una señal auxiliar periódica, y - una unidad de sincronización (241) para sincronizar en fase la señal auxiliar con la red de suministro de energía (5), en donde la unidad de sincronización (241) está diseñada para ajustar una desviación de fase (ΔΦa, ΔΦb) prefijada de la señal auxiliar periódica a una fase de la red de suministro de energía (5), de tal manera que entre los onduladores acoplados inductivamente entre sí no fluye ninguna corriente de compensación, - en donde la unidad de sincronización (241) comprende un circuito PLL.

Description

DESCRIPCIÓN
Ondulador acoplado a una red, disposición de onduladores y procedimiento para hacer funcionar una disposición de onduladores
La presente invención se refiere a una disposición de onduladores con al menos dos onduladores acoplados a una red para alimentar corriente a través de un transformador a una red de suministro de energía, en donde los onduladores están acoplados entre sí inductivamente en el lado de la corriente alterna. La invención se refiere asimismo a un procedimiento para hacer funcionar una disposición de onduladores de este tipo.
Los onduladores acoplados a una red se emplean en instalaciones de suministro de energía, por ejemplo centrales fotovoltaicas y centrales de energía eólica. En los onduladores acoplados a una red un desarrollo de tensión o corriente, entregado a la salida del ondulador, sigue al desarrollo correspondiente en la red de suministro de energía. En las instalaciones de suministro de energía los generadores, por ejemplo módulos fotovoltaicos, generan en un circuito serie y/o paralelo una tensión continua que, dado el caso después de una variación de tensión mediante un convertidor elevador, se alimenta a un circuito intermedio de tensión continua. La corriente continua procedente del circuito intermedio de tensión continua se convierte mediante el ondulador en una corriente alterna, apropiada para alimentarse a la red de suministro de energía en cuanto a su frecuencia y tensión. Esta conversión puede realizarse a este respecto en corriente alterna de una o varias fases, en particular trifásica. A este respecto el ondulador presenta un circuito puente de salida que, según el número de fases de la red de suministro de energía en la que debe alimentarse, presenta uno o varios puentes de conmutación, que habitualmente están equipados con conmutadores semiconductores de potencia.
Los conmutadores semiconductores de potencia se activan a este respecto conforme a determinados modelos de modulación de tal manera que, en unión a unos filtros que están dispuestos entre el ondulador y la red de suministro de energía, se genera una corriente de salida en lo posible con forma senoidal. En los procedimientos de modulación por ancho de pulsos (PWM - Puls Width Modulation), que se emplea con frecuencia, los conmutadores semiconductores de potencia se conectan y desconectan con una frecuencia de conmutación, que es claramente superior a la frecuencia de la tensión alterna en la red de suministro de energía (por ejemplo una frecuencia de conmutación de 3 a 30 kHz frente a una frecuencia de red de 50 ó 60 Hz). En el transcurso de un periodo de la frecuencia de red se modifica a este respecto la relación llamada relación duración-periodo entre el tiempo de conexión y el tiempo de desconexión dentro del periodo de la frecuencia de conmutación, de tal manera que se obtiene un desarrollo lo más senoidal posible de la corriente de salida. Configuraciones conocidas para determinar la relación duración-periodo o los momentos de conmutación son, por ejemplo, el “procedimiento de modulación senosidal triangular”, el “procedimiento de modulación de espacio vectorial (SVM - Space Vector Modulation”) o procedimiento de modulación senoidal triangular modificada, por ejemplo, el llamado “procedimiento de modulación senoidal triangular con tercer armónico”. En este procedimiento PWM se emplea una señal auxiliar periódica, por ejemplo, una señal triangular en el “procedimiento de modulación senosidal triangular”, o una señal de sincronización en el “procedimiento SVM”, para determinar los momentos de conmutación.
Sin embargo, también en los procedimientos de modulación más complejos normalmente la tensión alterna generada no es una señal senoidal pura, sino que presenta por ejemplo componentes de frecuencia a la frecuencia de conmutación del procedimiento de modulación, que reciben el nombre de ondulaciones de tensión.
Para conseguir mayores corrientes de salida o potencias se emplean con frecuencia, en especial en las centrales fotovoltaicas más grandes, dos o más onduladores en paralelo. Si estos onduladores no están separados completamente unos de otros en el lado de la tensión de salida, pueden aparecer corrientes de compensación entre los onduladores, que tienen como consecuencia unas cargas por corriente adicionales indeseadas para los conmutadores semiconductores de potencia del circuito puente de salida de los ondulares. Estas corrientes de salida se producen, por ejemplo, cuando los ondulares están conectados entre ellos tanto en el lado de la tensión continua a través de un circuito intermedio común, como en el lado de la tensión alterna, por ejemplo, debido a que sin la conexión intermedia de un transformador están conectados directamente a la red de suministro de energía. En el lado de la tensión continua puede producirse un acoplamiento también si no se emplea un circuito intermedio común, pero los módulos o strings (un conexionado en serie de módulos) están conectados a tierra respectivamente con una conexión. En el lado de la tensión alterna también puede producirse una influencia mutua problemática de dos ondulares a través de un acoplamiento inductivo. En el caso de un acoplamiento inductivo de dos ondulares no fluye ciertamente ninguna corriente de compensación de corriente continua, pero pueden fluir corrientes de compensación con partes de corriente alterna a mayores frecuencias, provocadas en particular por las ondulaciones de tensión descritas anteriormente, que no pueden evitarse por completo, durante la conversión. Un acoplamiento de este tipo puede observarse también en las instalaciones en las que están dispuestos transformadores entre los onduladores y la red de suministro de energía.
En el documento DE 10 2008 056 256 A1 se presenta una disposición de onduladores con varios onduladores conectados en paralelo, en la que se evitan corrientes de compensación entre los ondulares por medio de que se conectan simultáneamente unos conmutadores semiconductores de potencia de los onduladores individuales. Esto se consigue por medio de que uno de los ondulares, llamado ondulador maestro, genera señales de activación para los semiconductores de potencia que se transmiten, a través de unas líneas correspondientes, a cada uno de los otros ondulares, que reciben el nombre de onduladores esclavos. Este procedimiento, sin embargo, solo es posible en el caso de onduladores dispuestos físicamente cerca unos de otros.
De forma similar, conforme al documento EP 1995863 A2 se consigue una sincronización de las señales PWM de los onduladores de centrales de energía eólica, que están conectados a una red de suministro de energía común a través respectivamente de un transformador. Sin embargo, aquí no se transmiten directamente las señales de activación, sino las señales de sincronización con cuya ayuda se generan después de forma sincronizada señales de activación. Las señales de sincronización o bien se transmiten de ondulador a ondulador a través de unas líneas de sincronización previstas específicamente para ello, o se generan en un dispositivo de control central y se transfieren a su vez en forma de estrella, a través de unas líneas de sincronización previstas específicamente para ello, desde el dispositivo de control central a los onduladores. Las señales de sincronización individuales están mutuamente desplazadas en fase, con lo que se atenúan las perturbaciones armónicas indeseadas en la red de suministro de energía. A este respecto pueden tenerse en cuenta los tiempos de desarrollo de las señales de sincronización, de tal manera que el procedimiento también puede llevarse a cabo con onduladores, que no estén dispuestos físicamente cerca unos de otros. No se suprimen las corrientes de compensación.
El documento US 2008/0265680 A1 describe una disposición de varios onduladores, que están acoplados directamente con sus salidas. Los onduladores se controlan mediante procedimientos PWM, en donde se sincronizan basándose en una tensión de red las señales auxiliares usadas a este respecto. De este modo no es necesaria una transferencia de señales de activación para la disposición de puente de salida de los onduladores. La red de suministro de energía se usa como conexión de sincronización. El procedimiento es muy adecuado para onduladores conectados directamente unos a otros. Sin embargo, en el caso de onduladores inductivos, acoplados por ejemplo a través de transformadores, ha quedado demostrado que las corrientes de compensación no se suprimen por completo.
El documento DD 293469 A5 revela varios onduladores conectados en paralelo, que toman en el lado de entrada una potencia de corriente alterna de una red de suministro de energía de corriente alterna y, en el lado de salida, ponen a disposición de un accionamiento una tensión alterna. La sincronización de los puentes de entrada se realiza desplazada respecto a la supresión de ondas superiores, que se producen a causa de la toma de corriente desde los convertidores de corriente en la red. A este respecto funciona como maestro aquel convertidor de corriente con la máxima potencia absorbida actualmente, sobre cuya onda básica de la tensión de entrada de convertidor de corriente (que es diferente de la tensión de red) se realiza la sincronización. Una señal de sincronización del convertidor de corriente maestro se transmite a los otros convertidores de corriente, para determinar el desplazamiento. Por lo tanto, se requiere de nuevo una transmisión de señales entre los diferentes convertidores de corriente.
El documento DE 19830655 A1 revela uso convertidores de corriente conectados en paralelo de una locomotora para un vehículo ferroviario, que están conectados a una red de corriente alterna, a través de un transformador, para suministrar energía eléctrica al accionamiento del tren. Mediante la sincronización de los puentes de entrada de los convertidores de corriente se producen unas reacciones perjudiciales sobre la red de suministro de energía en forma de ondas superiores. Para reducir las ondas superiores se sincronizadas desplazados los puentes de entrada de los convertidores de corriente, es decir, las señales auxiliares para el procedimiento PWM están sincronizadas a la tensión de red y presentan un desplazamiento del ángulo de fase.
De forma similar se reducen ondas superiores, conforme al documento DE 197 01 191 A1, en el caso de varios convertidores de tensión que se usan para hacer funcionar una carga de corriente continua en una red de tensión alterna, mediante los elementos de conmutación sincronizados desplazados en el tiempo en el procedimiento PWM. Para generar la sincronización desplazada en los diferentes convertidores de tensión, se realiza una sincronización a una tensión fuente de la red de suministro de energía.
Impedir corrientes de compensación problemáticas entre onduladores, que estén acoplados inductivamente entre ellos en el lado de la corriente alterna, no es objeto de los dos últimos documentos citados.
Una tarea de la presente invención consiste en crear una disposición de onduladores y un procedimiento para hacer funcionar una disposición de onduladores, en los que pueda hacerse funcionar, en el lado de la corriente alterna, unos onduladores acoplados inductivamente entre ellos a través de un transformador, sin que se produzcan corrientes de compensación problemáticas y sin que sea necesaria una transferencia de señales de activación para la disposición de puentes de salida de los onduladores.
Esta tarea es resuelta mediante una disposición de onduladores y un procedimiento para hacer funcionar una disposición de onduladores con las respectivas características de las reivindicaciones independientes. En las respectivas reivindicaciones dependientes se exponen unas conformaciones y unos perfeccionamientos ventajosos. Conforme a un primer aspecto, la tarea es resuelta mediante una disposición de onduladores con al menos dos onduladores acoplados a una red para alimentar corriente a través de un transformador a una red de suministro de energía, en donde los dos onduladores están acoplados inductivamente entre ellos en el lado de la corriente alterna. A este respecto cada uno de los onduladores presenta una disposición de puentes de salida, que se activa a través de un modulador por ancho de pulsos, en donde para determinar momentos de conmutación de la disposición de puentes de salida se emplea una señal auxiliar periódica. Los onduladores presentan respectivamente además una unidad de sincronización para sincronizar en fase la señal auxiliar con la red de suministro de energía, en donde la unidad de sincronización está diseñada para ajustar una desviación de fase prefijada de la señal auxiliar periódica, de tal manera que entre los onduladores acoplados inductivamente entre sí no fluye ninguna corriente de compensación, en donde la unidad de sincronización comprende un circuito PLL.
Mediante la sincronización de fase de la señal auxiliar con la red de suministro de energía pueden estar ajustados entre sí dos onduladores, de tal manera que no fluya ninguna corriente de compensación, en donde la desviación de fase hace posible que puedan compensarse los desplazamientos de fase que se produzcan dentro del transformador. De este modo puede realizarse una sincronización sin transmisión de señales de activación para la disposición de puentes de salida de los onduladores, a través de la red de suministro de energía, incluso en el caso de onduladores acoplados inductivamente.
Mediante el circuito PLL (Phase Lock Loop) puede realizarse de forma sencilla una sincronización de la señal auxiliar con la red de suministro de energía, si bien la señal auxiliar presenta habitualmente una frecuencia muy superior a la de la red de suministro de energía.
En una conformación ventajosa de la disposición de onduladores, los onduladores están acoplados entre sí inductivamente en el lado de la corriente alterna a través de un transformador de tres devanados. Los transformadores de tres devanados son claramente menos complicados y más económicos que los transformadores de cuatro devanados habituales. La baja impedancia, que con frecuencia supone un inconveniente, entre los dos devanados primarios en los transformadores de tres devanados no es problemática conforme al primer aspecto, debido al empleo de los onduladores. A este respecto las impedancias de los devanados primarios pueden ser también diferentes, ya que pueden compensarse asimetrías mediante el procedimiento aplicado.
Conforme a un segundo aspecto, la tarea es resuelta mediante un procedimiento operativo para una disposición de onduladores para alimentar potencia a una red de suministro de energía con al menos dos onduladores acoplados a la red, en donde los onduladores están acoplados entre ellos en el lado de la corriente alterna a través de al menos un transformador y presentan respectivamente una disposición de puentes de salida, que se activa modulada por ancho de pulsos mediante el uso de una señal auxiliar periódica, en donde la señal auxiliar periódica respectiva se sincroniza en fase con la red de suministro de energía. El procedimiento operativo destaca porque las señales auxiliares periódicas de los dos onduladores acoplados presentan entre sí una desviación de fase prefijada y distinta de cero, de tal manera que entre los onduladores acoplados entre sí inductivamente no fluye ninguna corriente de compensación. Las ventajas se corresponden con las del primer aspecto.
A continuación se representa la invención basándose en siete figuras en unos ejemplos de realización. Las figuras muestran:
la figura 1 un esquema de conexiones en bloques esquemático de un dispositivo de suministro de energía con dos onduladores,
la figura 2 una reproducción de tensiones de salida en función del tiempo de los dos onduladores del ejemplo de realización de la figura 1, en el caso de no sincronización,
la figura 3 una parte del ondulador en una vista general esquemática, en un esquema de conexiones en bloques esquemático,
la figura 4 una reproducción de tensiones de salida en función del tiempo, con onduladores no acoplados inductivamente, en el caso de sincronización,
la figura 5 un dispositivo de sincronización para un ondulador, que puede emplearse también para onduladores acoplados inductivamente, en un esquema de conexiones en bloques esquemático, y
la figura 6 un esquema de conexiones equivalente simplificado de un transformador de tres devanados, y
la figura 7 un diagrama vectorial respecto al esquema de conexiones equivalente representado en la figura 6.
La figura 1 muestra una central fotovoltaica como instalación de suministro de energía en un esquema de conexiones en bloques esquemático. La central fotovoltaica, llamada a partir de ahora de forma abreviada central PV, presenta dos generadores fotovoltaicos (generadores PV) 1a, 1b, que están conectados respectivamente a un ondulador 2a, 2b. La salida del ondulador está conectada respectivamente, a través de un filtro 31, 3b, a un transformador 4. El transformador 4 presenta con este fin dos devanados primarios separados 41a, 41b. Un devanado secundario común 42 del transformador 4 está conectado a una red de suministro de energía 5, para alimentar a la misma la potencia eléctrica generada por los generadores PV 1a, 1b y transformada en los onduladores 2a, 2b.
Los generadores PV 1a, 1b se han representado simbólicamente en la figura, respectivamente, solo mediante el símbolo de conmutación de una celda fotovoltaica aislada. Se entiende que los generadores PV 1a, 1b, en una materialización de la central PV representada, pueden estar construidos a partir de una pluralidad de módulos fotovoltaicos (módulos PV), que están conmutados en serie y/o paralelo. Para facilitar una mejor visión general no se han reproducido además en la figura elementos adicionales de centrales PV, por ejemplo elementos de conmutación (DC - Direct Current) en el lado de la corriente continua o elementos de conmutación (AC - Alternating Current) en el lado de la corriente alterna, por ejemplo separadores de instalaciones o elementos de protección.
Los onduladores 2a, 2b comprenden en el ejemplo de realización representado respectivamente un convertidor corriente continua/corriente continua 21a, 21b (convertidor DC/DC) en el lado de entrada, que está conectado respectivamente a través de un circuito intermedio 22a, 22b a un convertidor corriente continua/corriente alterna 23a, 23b (convertidor DC/AC). Debe tenerse en cuenta que un ondulador conforme a la solicitud también puede estar construido sin un convertidor DC/DC en el lado de entrada. En el circuito intermedio está dispuesto respectivamente un condensador 221a, 221b, que se usa para nivelar una tensión de circuito intermedio Uz y hace posible una toma de corriente pulsada sin caídas de tensión de la tensión de circuito intermedio Uz a través de los convertidores DC/AC 23a, 23b. Los onduladores 2a, 2b presentan cada uno un dispositivo de control 23a, 24b para controlar los convertidores DC/DC 21a, 21b y los convertidores DC/AC 23a, 23b. El control de los convertidores DC/DC 21a, 21b puede comprender a este respecto, por ejemplo, también un procedimiento de seguimiento llamado MPP (Maximum Power Point), que se usa para hacer funcionar los generadores PV 1a, 1b en un punto de trabajo de potencia máxima.
La central PV está diseñada para alimentar a la red de suministro de energía 5 en tres fases. De forma correspondiente, los onduladores 2a, 2b presentan una salida trifásica y los filtros 3a y 3b y el transformador 4 están configurados de forma trifásica. El número de tres fases solo debe entenderse a modo de ejemplo; un ondulador conforme a la solicitud y una disposición de onduladores estructurada con el mismo pueden ser apropiados también para funcionar con cualquier número de fases, en especial un funcionamiento monofásico.
Los onduladores 2a, 2b presentan en sus convertidores DC/AC unos circuitos puente de salida con conmutadores de potencia semiconductores, que se activan en un procedimiento PWM. La señal de salida de los convertidores DC/AC 23a, 23b es por lo tanto una señal de corriente continua sincronizada, en donde la frecuencia de sincronización, es decir el número de ciclos de conmutación por segundo, puede estar situado en un rango de un kilohercio hasta algunas decenas de kilohercios. Los filtros 3a, 3b, que comprenden una combinación de elementos inductivos y capacitivos, se usan para nivelar la señal de salida de los onduladores 2a, 2ba obtener un desarrollo de tensión lo más senoidal posible. Por ese motivo reciben con frecuencia también el nombre de filtro senoidal.
La figura 2 muestra en su parte superior las tensiones Ua y Ub a la salida de los filtros 3a, 3b, normalizada a una tensión de amplitud U0 en función del tiempo. Se ha representado el desarrollo de un periodo de una fase de la red de suministro de energía 5 con una longitud de periodo t0. La figura 2 muestra un funcionamiento no sincronizado de los convertidores 2a, 2b. Los desarrollos de las tensiones Ua, Ub presentan ambos una componente con mayor frecuencia, superpuesta al desarrollo puramente senoidal. En su amplitud esa componente tiene un valor de algunos tantos por ciento de la tensión de amplitud U0. Esas componentes con una frecuencia mayor reciben también el nombre de ondulaciones de tensión.
En la parte inferior de la figura 2 se ha representado una tensión diferencial AU = Ub - Ua sobre el mismo eje de tiempos que en la parte superior. Con relación al eje de tensiones, la parte inferior de la figura se ha representado aumentada con relación al eje de tensiones. El desarrollo que oscila alrededor del punto cero de la diferencia de tensión AU muestra que los dos onduladores 2a, 2b siguen, con relación a la oscilación básica senoidal, homogéneamente el desarrollo de tensión de la red de suministro de energía 5. Una tensión diferencial AU distinta de cero, sin embargo, debe tenerse en cuenta en las ondulaciones de tensión. Durante el funcionamiento de la central PV, esta tensión diferencial AU conduce, a causa de un acoplamiento inductivo de las corrientes en los devanados primarios 41a, 41b del transformador 4, a corrientes de compensación a la frecuencia de las ondulaciones de tensión, que fluyen en vaivén entre los condensadores en los filtros 3a, 3b. Esto debe tenerse en cuenta en especial si como transformador 4 se emplea un llamado transformador de tres devanados, que presenta una menor impedancia entre los dos devanados primarios que otros transformadores apropiados, por ejemplo los llamados transformadores de cuatro devanados.
La figura 3 muestra una vista fragmentaria detallada de uno de los onduladores 2a, 2b de la figura 1, también en un esquema de conexiones en bloques. Los siguientes modos de realización se refieren a ambos onduladores 2a, 2b, que están construidos iguales en el ejemplo de realización representado. Por ello se prescinde de una diferenciación con el índice a, b para los símbolos de referencia.
El convertidor DC/AC 23 del ondulador 2 presenta una disposición de puentes de salida, de la que se ha representado un ramal de puente. En el modo de realización trifásico del ondulador 2 se dispone habitualmente de tres de estos ramales de puente, que en la figura se han indicado mediante unos puntos de escape. Cada ramal de puente presenta dos conmutadores de potencia semiconductores 231,232. A modo de ejemplo se han representado conmutadores IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistors), que están equipados respectivamente con un diodo protector conectado en antiparalelo. Sin embargo, también pueden emplearse otros conmutadores semiconductores apropiados, por ejemplo MOS-FETs (Metalloxid Semiconductor Field-Effect Transistors). Los conmutadores 231, 232 son activados por el dispositivo de control 24. El mismo comprende un modulador por ancho de pulsos 241, un generador de tensión de referencia 242, una unidad de sincronización 243 y una unidad de control 244.
El modulador por ancho de pulsos 241 genera las señales de activación para los elementos de conmutación 231, 232, de tal manera que se reproduce una desarrollo de tensión de red de la red de suministro de energía 5 alimentado al mismo. La tensión de referencia Uref se forma mediante el generador de tensión de referencia 242 con un desarrollo de tensión de red de la red de suministro de energía 5 alimentado al mismo. De esta manera el desarrollo de tensión entregado a la salida del ondulador 2 sigue el de la tensión de red; el ondulador está acoplado a la red. El generador de tensión de referencia 242 puede reproducir la tensión de una de las fases de la red de suministro de energía, llamada a partir de ahora tensión de red Unetz, directamente en un nivel de tensión menor de la tensión de referencia Uref, para proporcionar la tensión de referencia Uref, o usar también el circuito intermedio de un generador senoidal de tensión de referencia, que se sincroniza a través de un circuito de sincronización de fase (PLL - Phase Lock Loop) con la tensión de red Unetz prefijada.
El modulador por ancho de pulsos 241 es en el ejemplo de realización representado un modulador sensoidal triangular. En este tipo de modulación se emplea una señal triangular UA como señal auxiliar periódica para establecer los puntos de conmutación de los conmutadores 231, 232. La frecuencia de la señal triangular UA es un múltiplo de la frecuencia fo de la tensión de red Unetz. En el ejemplo de realización representado, la señal triangular UA usada como señal auxiliar periódica es generada por la la unidad de sincronización 243.
La figura 4 muestra, del mismo modo que la figura 2, tensiones de salida Ua y Ub de dos onduladores, que han ajustado su señal auxiliar respectiva a una misma posición de fase en relación con el desarrollo de tensión de una de las fases de una red de suministro de energía. En la parte superior de la figura 4 puede verse que los desarrollos de tensión Ua y Ub discurren coincidiendo sobre la escala representada. Esto confirma la representación de las tensión diferencial AU = Ub - Ua en la parte inferior de la figura, en la que solo puede verse una variación mínima respecto a la línea cero. De esta manera, con la sincronización de la señal triangular Ua a la misma posición de fase no existen o casi no existen corrientes de compensación, que suponen un inconveniente, que se producirían en el caso de un acoplamiento directo de las salidas.
Sin embargo, si los onduladores no están acoplados directamente, sino inductivamente como en el ejemplo de realización de la figura 1, tampoco una sincronización de este tipo a una posición de fase común, a través de una de las fases en la red de suministro de energía puede impedir que fluyan corrientes alternas de compensación.
Según el procedimiento conforme a la solicitud para hacer funcionar una disposición de onduladores, se ajusta de tal manera una relación de fases prefijada entre la señal auxiliar periódica, aquí la señal triangular UA, y la tensión de red Unetz, representada por la tensión de referencia Uref para los onduladores de la disposición de onduladores, que las señales auxiliares de dos onduladores acoplados entre sí pueden presentar una desviación de fase AOo prefijada y diferente de cero. En el ejemplo de realización descrito actualmente, esto lo lleva a cabo la unidad de sincronización 243.
La figura 5 muestra la estructura de la unidad de sincronización 343 de la figura 4, de forma más detallada, en un esquema de conexiones en bloques. Previamente se quiere destacar que en la figura 5 se ha representado una unidad de sincronización con un circuito de regulación análogo para la posición de fase de la señal auxiliar para la PWM. Se entiende que la unidad de sincronización también puede disponer de una regulación que funcione digitalmente.
La unidad de sincronización presenta un generador de tensión triangular 200, que está construido como generador de frecuencia controlado por tensión, cuya frecuencia f se controla a través de una señal de tensión de entrada Uf. La señal de tensión, entregada por el generador de tensión triangular 200 a una salida, se pone a disposición del modulador por ancho de pulsos 241 como señal triangular Ua.
Dentro de la unidad de sincronización se alimenta la señal triangular Ua a un convertidor de frecuencia 201. La frecuencia f de la señal triangular UA supone habitualmente un múltiplo entero de la frecuencia de red f0 de la red de suministro de energía 5. La relación de frecuencias f f entre las dos frecuencias está situada de forma preferida en un rango de aproximadamente 10 a 100. Para llevar a cabo una comparación entre las posiciones de fase de la señal triangular Ua y el desarrollo de tensión de baja frecuencia, el convertidor de frecuencia 201 lleva a cabo una división de frecuencia de la señal triangular Ua en el factor mencionado, así como una transformación de forma de onda en una señal senoidal. Una posibilidad de la transformación consiste en instalar un contador circundante, cuyo contenido de contador se incremente en el valor 1 por cada periodo completado de la señal triangular Ua. Cuando el contador alcanza un estado de contador que se corresponde con la relación de frecuencias f f se retrasa el contador hasta un valor inicial de 1. El contador recorre de esta manera cíclicamente f f diferentes valores, en donde cada recorrido cíclico se corresponde con una duración de periodo de la señal senoidal de la tensión de red Unetz. En el convertidor de frecuencia 201 está archivada una tabla de conversión, en la que para cada estado de contador está archivado un valor correspondiente de una tensión senoidal con la duración de periodo de la frecuencia de red f0. A la salida del convertidor de frecuencia 201 se entrega una señal de tensión, generada mediante un convertidor digital/analógico, conforme a los valores de esa tabla. El convertidor de frecuencia 201 proporciona de esta manera a su salida una señal de tensión senoidal, que está acoplada con rigidez de fase a la señal triangular Ua del generador triangular 200 y se corresponde en su frecuencia con la tensión de red Unetz. Esta señal se alimenta también a un comparador de fases 202 como la señal de referencia Uref, proporcionada por el generador de referencia 242 y rígida en fase con respecto a la tensión de red. A la salida de comparador de fases 202 se entrega una señal Ua<p, que es proporcional a la diferencia de fases de las dos señales de entrada. En un sumador 203 se suma a esta señal además una tensión generada por un ajustador de offset 204, que se corresponde con una desviación de fase AO0 a ajustar. La señal suma se alimenta como variable de control a un módulo de regulación 205, que puede estar construido por ejemplo como regulador proporcional/integral (regulador PI). La salida del módulo de regulación 205 se suma en otro sumador 206 a una tensión de frecuencia base Ufo, que entrega un ajustador de frecuencia base 207, para genera la tensión de control Uf que, como se ha descrito al comienzo, controla la frecuencia f del generador triangular 200.
La unidad de sincronización 243 comprende de esta manera un circuito de regulación de fase (PLL), mediante el cual se posregula constantemente la frecuencia f del generador triangular 200 a través del módulo de regulación 205, de tal manera que impera una relación de fases fija entre la señal triangular UA y la tensión de referencia Uref. Esta relación de fases puede ajustarse a este respecto a través del ajustador de offset 204 o también prefijarse mediante un dispositivo de control. La relación de frecuencias f f entre la señal triangular y la tensión de red Unetz se determina a través del divisor de frecuencia 201 y la tabla de transformación archivada en el mismo. A este respecto la prefijación de la tensión de frecuencia base Uro debería estar adaptada de forma correspondiente mediante el ajustador de frecuencia base, de tal manera que ya al conectar el circuito de regulación la frecuencia base esté situada ya lo más próxima posible a la frecuencia de funcionamiento del generador triangular 200.
A continuación se describe basándose en las figuras 6 y 7 un procedimiento para determinar una desviación de fase A00, que impide que, en el caso de un acoplamiento inductivo de dos onduladores, fluyan corrientes de compensación como consecuencia de ondulaciones de tensión en la tensión de salida del ondulador.
La figura 6 expone a este respecto un esquema de conexiones equivalente simplificado del transformador de tres devanados 4 a partir del ejemplo de realización de la figura 1. En este esquema de conexiones equivalente simplificado no se tienen en cuenta ni resistencias óhmicas de los devanados primarios 41a, 41b y del devanado secundario 42, ni la inductividad principal del transformador 4.
Se exponen las inductividades de dispersión 43a, 43b de los devanados primarios 41a o 41b, relevantes para el acoplamiento inductivo, así como una inductividad de dispersión del devanado secundario 42. A las entradas del transformador 4, conectadas a las inductividades de dispersión 43a, 43b, están aplicadas las tensiones Ua o Ub. A la inductividad de dispersión 44 está aplicada de forma correspondiente la tensión de red Unetz. Asimismo se han dibujado en la figura 6 las corrientes la e Ib que fluyen por las entradas, así como una tensión Uab, que se aplica al punto nodal entre las inductividades de dispersión 43a, 43b y 44.
Durante el funcionamiento del transformador 4 representado las corrientes la, Ib conducen, en unión a las resistencias ciegas de la impedancia de dispersión 43a, 43b, a una caída de tensión U \ o U \ en las impedancias de dispersión 43a, 43b.
Las corrientes de compensación entre los onduladores se impiden si en cada uno de los ramales parciales, desde la entrada del transformador 4 hasta el citado punto nodal, las tensiones de entrada correspondientes y las caídas de tensión U \ o U \ correspondientes se suman a la misma tensión de nodo Uab, es decir, si se aplica Ua - U \ = Ub - U \, en donde es necesario tener en cuenta que las tensiones de entrada y las tensiones que caen en las impedancias de dispersión 43a, 43b están mutuamente en perpendicular, en una representación compleja.
En la figura 7 se ha reproducido esta condición en forma de un diagrama vectorial. Las caídas de tensión U \ o U \ conducen a diferencias en fase AOa y AOb de la tensión de entrada Ua y Ub con relación a la tensión de nodo Uab. Los desplazamientos de fase AOa, AOb son habitualmente diferentes, ya que también el importe de las caídas de tensión U \ y U \ son diferentes. El mismo se obtiene como producto procedente de la corriente la o Ib así como de la resistencia ciega de la respectiva inductividad de dispersión 43a o 43b. La resistencia ciega es a su vez, para la frecuencia de red prefijada, proporcional al valor del valor de inductividad de la inductividad de dispersión 43a, 43b. En resumen, esto significa que por un lado la potencia alimentada por un ondulador, ya que la misma determina la variable la, Ib y, por otro lado, las características del transformador 4 son responsables de las diferencias de fase AOa y AOb. Con relación al transformador 4 son relevantes en especial las diferencias en las características de los devanados 41a, 41b individuales, asociados a los onduladores. Una alimentación sin corrientes de compensación que fluyan entre los onduladores se consigue si entre las tensiones de salida Ua y Ub se ajusta una desviación de fase de A00 = AOa - AOb.
A este respecto puede estar previsto que, además de las características de un transformador, se tengan en cuenta también las características eléctricas de un tramo de conexión entre un ondulador y el transformador, para compensar sus influencias sobre diferencias de fase. Las características relevantes en este sentido del tramo de conexión son, por ejemplo, las impedancias de líneas de conexión y/o de filtros conectados de forma intermedia.
Las centrales fotovoltaicas grandes se construyen con frecuencia a partir de varias centrales PV conforme a la figura 1. Como se ha descrito anteriormente, los onduladores 2 de cada una de las centrales PV se sincronizan para evitar corrientes de compensación. Sin embargo, al interconectar varias centrales PV en un punto de conexión de red de la red de suministro de energía 5, las centrales se sincronizan de forma ventajosa respectivamente por parejas, de tal manera que sus ondulaciones de tensión respectivas discurran en lo posible en contrafase (desplazamiento de fase de 180°) y de esta forma se anulen. En la unidad de sincronización 243 conforme a la figura 5, esto también puede realizarse a través del ajustador de offset 204. Los onduladores de una primera central PV se hacen funcionar, en relación a su tensión triangular Ua , con la misma fase con un determinado offset de fase A00, y los onduladores de una segunda central PV se hacen funcionar, en relación a su tensión triangular Ua , a su vez mutuamente con un determinado offset de fase AOo, en donde sin embargo entre los onduladores de la primera y de la segunda central PV existe una desviación de fase de aproximadamente 180°.
En una conformación alternativa, en una central eléctrica fotovoltaica con varias centrales PV, como se ha descrito anteriormente los onduladores 2 de cada central PV se sincronizan de tal manera, que sus salidas muestran unas ondulaciones de tensión que discurren iguales. Las centrales PV individuales, sin embargo, se hacen funcionar con offsets de fase AOo prefijados, distintos a cero, que de forma preferida son diferentes y están distribuidos lo más homogéneamente posible por todo el margen de fase (0 a 2n o 0-180°). Esta conformación es especialmente apropiada para centrales eléctricas fotovoltaicas, que comprenden un número impar de centrales PV.
Lista de símbolos de referencia
1 Generador fotovoltaico (generador PV)
2 Ondulador
21 Convertidor DC/DC
22 Circuito intermedio
221 Condensador
23 Convertidor DC/AC
231, 232 Conmutador de potencia semiconductor
24 Dispositivo de control
241 Modulador de fase
242 Generador de tensión de referencia
243 Unidad de sincronización
244 Unidad de control
3 Filtro
4 Transformador
41 Devanado primario
42 Devanado secundario
5 Red de suministro de energía
200 Generador triangular
201 Divisor de frecuencia
202 Comparador de fases
203 Sumador
204 Ajustador de offset
205 Regulador PI
206 Sumador
207 Ajustador de frecuencia base

Claims (12)

REIVINDICACIONES
1. - Disposición de onduladores con al menos dos onduladores (2) acoplados a una red para alimentar corriente a través de un transformador (4) a una red de suministro de energía (5), que están acoplados inductivamente entre ellos en el lado de la corriente alterna, caracterizada porque los onduladores (2) presentan respectivamente
- una disposición de puentes de salida, que se activa a través de un modulador por ancho de pulsos (241), en donde para determinar los momentos de conmutación de la disposición de puentes de salida se emplea una señal auxiliar periódica, y
- una unidad de sincronización (241) para sincronizar en fase la señal auxiliar con la red de suministro de energía (5), en donde la unidad de sincronización (241) está diseñada para ajustar una desviación de fase (AOa, AOb) prefijada de la señal auxiliar periódica a una fase de la red de suministro de energía (5), de tal manera que entre los onduladores acoplados inductivamente entre sí no fluye ninguna corriente de compensación,
- en donde la unidad de sincronización (241) comprende un circuito PLL.
2. - Disposición de onduladores según la reivindicación 1, caracterizada porque en los onduladores cada uno de los moduladores por ancho de pulsos (241) es un modulador triangular senoidal y la señal auxiliar periódica es una señal triangular (Ua).
3. - Disposición de onduladores según la reivindicación 1, caracterizada porque en los onduladores cada uno de los circuitos PLL comprende un convertidor de frecuencia (201) con una tabla de conversión y un convertidor DA, para convertir la señal auxiliar periódica en una tensión sensoidal rígida en fase de menor frecuencia.
4. - Disposición de onduladores según una de las reivindicaciones 1 a 3, en la que los onduladores (2) están acoplados entre sí en el lado de la corriente alterna a través de un transformador de tres devanados (4).
5. - Disposición de onduladores según la reivindicación 1, en la que el transformador de tres devanados (4) presenta dos devanados primarios con diferentes impedancias.
6. - Procedimiento operativo para una disposición de onduladores para alimentar potencia a una red de suministro de energía (5) con al menos dos onduladores (2) acoplados a la red, que están acoplados entre ellos en el lado de la corriente alterna a través de un transformador (4), y que presentan cada uno de ellos una disposición de puentes de salida, que se activa modulada por ancho de pulsos mediante el uso de una señal auxiliar periódica, en donde la señal auxiliar periódica respectiva se sincroniza en fase con la red de suministro de energía (5) dentro del respectivo ondulador (2) por medio de un circuito PPL, caracterizado porque las señales auxiliares periódicas de los dos onduladores (2) acoplados presentan entre sí una desviación de fase (AOo) prefijada y distinta de cero, de tal manera que entre los onduladores (2) acoplados entre sí inductivamente a través del transformador no fluye ninguna corriente de compensación.
7. - Procedimiento operativo según la reivindicación 6, en el que la desviación de fase (AOo) depende de una potencia alimentada a la red de suministro de energía (5) por el ondulador (2).
8. - Procedimiento operativo según las reivindicaciones 6 o 7, en el que la desviación de fase (AOo) depende del valor de una inductividad y/o de una resistencia de un devanado (41) del transformador (4), conectado al ondulador.
9. - Procedimiento operativo según una de las reivindicaciones 6 a 8, en el que la desviación de fase (AOo) depende del valor de una inductividad y/o de una resistencia de un tramo de conexión entre el ondulador y el transformador (4).
10. - Procedimiento operativo según una de las reivindicaciones 6 a 9, en el que están previstos al menos cuatro onduladores (2) acoplados a una red, que están acoplados entre sí por parejas en el lado de la corriente alterna, en donde las desviaciones de fase (AOo) prefijadas, distintas de cero, de las señales auxiliares periódicas son diferentes para los onduladores (2) acoplados entre sí, cada uno de ellos por parejas, en el lado de la corriente alterna, y los no acoplados entre sí.
11. - Procedimiento operativo según la reivindicación 1o, en el que las señales auxiliares periódicas de onduladores (2) no acoplados en cada caso entre sí están en contrafase
12. - Procedimiento operativo según la reivindicación 1o, en el que las señales auxiliares periódicas de todos los onduladores (2) no acoplados entre sí presentan diferentes desviaciones de fase (AOo).
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