ES2876227T3 - Procedimiento para operar una red de corriente continua, así como red de corriente continua - Google Patents

Abstract

Procedimiento para operar una red de corriente continua (2) que presenta varias secciones de red (8) conectadas de forma separable mediante respectivamente un elemento de conmutación (16a,b), y una unidad de alimentación (6), donde después de una separación de las secciones de red (8) de la unidad de alimentación (6) y antes de una interconexión de las secciones de red (8) con la unidad de alimentación (6), corrientes de transferencia de tensión,</span> que circulan entre las secciones de red (8) o entre la unidad de alimentación (6) y las secciones de red (8) debido a niveles de tensión diferentes, son limitadas con la ayuda de una unidad de limitador de corriente (18) controlable, donde - la unidad de alimentación (6) está conectada a la red de corriente continua (2) mediante una línea de alimentación (12), y la unidad de limitador de corriente (18) está conectada a las secciones de red (8) mediante una línea de distribuidor (20) adicional en común, de manera que la unidad de limitador de corriente (18) controlable limita las corrientes de transferencia de tensión mediante la línea de distribuidor (20) adicional en común, caracterizado porque - las corrientes de transferencia de tensión, después de una separación de la unidad de alimentación (6) de las secciones de red (8), son limitadas mediante una descarga controlada de las secciones de red (8), y para ello la línea de distribuidor (20) presenta una línea de descarga (21b), y la limitación de las corrientes de transferencia de tensión tiene lugar por medio de una descarga de las secciones de red (8), mediante una unidad de descarga, mediante la línea de descarga (12b).

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento para operar una red de corriente continua, así como red de corriente continua

La presente invención hace referencia a un procedimiento para operar una red de corriente continua. Además, la invención hace referencia a una red de corriente continua.

Una distribución de energía, por ejemplo dentro de una planta industrial, mediante corriente continua (CC), no sólo es ventajosa debido a un intercambio de energía no complejo entre aparatos y/o una conexión sencilla a fuentes de energía (renovables). También la gran modularidad sencilla de una red CC ha resultado ventajosa precisamente en la industria actual, que se modifica de forma permanente.

Generalmente, las redes de corriente continua, a continuación denominadas también como redes CC, presentan varias secciones de red, por ejemplo fuentes de energía, acumuladores de energía, así como consumidores eléctricos. Las secciones de red a menudo están conectadas unas con otras de forma eléctricamente separable mediante elementos de conmutación y de protección. Para la separación de las secciones de red, el elemento de conmutación y de protección habitualmente presenta interruptores electrónicos y/o galvánicos.

Generalmente, una red CC también presenta una conexión hacia una red de corriente trifásica, que forma el suministro de la red CC. La corriente trifásica se rectifica a menudo con la ayuda de un rectificador, y se suministra a la red CC mediante una unidad de alimentación.

En el caso de una desconexión deseada y/o no deseada de la red CC, así como por ejemplo de una separación de la red CC de la red de corriente trifásica, los acumuladores de energía de la red CC, debido a su carga eléctrica elevada de modo diferente, presentan habitualmente tensiones diferentes. Una interconexión de las secciones de red entre sí y/o en la red de corriente trifásica, en el estado cargado de los acumuladores de energía, debido a una circulación no controlada de corrientes de transferencia de tensión, causadas por la interconexión, en lo posible debe evitarse, ya que las corrientes de transferencia de tensión a menudo conducen a daños irreversibles dentro de la red CC.

Para una limitación controlada de una corriente de transferencia de tensión, mediante un circuito de puente, existe la posibilidad de realizar una salida controlada de las corrientes de transferencia de tensión. Para ello, el circuito de puente, según su denominación, está dispuesto dentro del elemento de conmutación y de protección de cada sección de red, de manera que éste puentea los interruptores. Con ello, el elemento de conmutación y de protección presenta otra ruta de corriente que se extiende paralelamente con respecto a los interruptores - a saber, el circuito de puente. El circuito de puente habitualmente presenta un componente que limita la corriente, por ejemplo una resistencia óhmica, y un interruptor de puente, por ejemplo un interruptor galvánico. Debido a la realización preferente de la limitación de corriente mediante una resistencia óhmica, esa variante se denomina también como limitación de corriente resistiva.

Un cierre del interruptor de puente al estar abierto el elemento de conmutación y de protección tiene como consecuencia una circulación de corrientes de transferencia de tensión a través del circuito de puente. Mediante el componente que limita la corriente, las corrientes de transferencia de tensión se limitan en su valor.

La limitación de corriente mediante el circuito de puente, sin embargo, por una parte, implica pérdidas debido a la resistencia óhmica y, por otra parte, está asociada a una inversión elevada en cuanto al trabajo y al material, ya que cada sección de red debe presentar un circuito de puente propio, dimensionado de forma adaptada a la respectiva sección de red.

En la solicitud EP 2757 647 A2 puede observarse una red de corriente continua que presenta varias cargas, que respectivamente están conectadas a una red de suministro de tensión en común. El suministro de tensión presenta en este caso varias fuentes de tensión, que respectivamente pueden interconectarse de forma reversible a las respectivas cargas, mediante una unidad de conmutación. Para ello, la unidad de conmutación presenta varios elementos de conmutación que están dispuestos y conectados a modo de una matriz dentro de la unidad de conmutación.

En la solicitud US 2014/0028094 A1 se describe una red de corriente continua con varias cargas que están conectadas con un suministro de tensión en común, dividido en dos partes. Para la separación de las cargas del suministro de corriente, la red de corriente continua presenta varios elementos de conmutación que están dispuestos entre el suministro de tensión y las cargas. Un control del suministro eléctrico entre las cargas individuales, mediante el suministro de tensión dividido en dos partes, tiene lugar mediante una unidad de controlador, de manera que, en función de la carga, diferentes niveles de tensión pueden conectarse a las cargas.

En la solicitud WO 2012/038101 A1 puede observarse una disposición de disyuntor que está dispuesta en una red de tensión continua. La disposición de disyuntor está diseñada para guiar de forma bidireccional una corriente eléctrica y para limitar la misma.

En base a ello, el objeto de la presente invención consiste en proporcionar un procedimiento para operar una red de corriente continua, con cuya ayuda se limiten las corrientes de transferencia de tensión que se producen, con pocas pérdidas y con una inversión reducida.

Dicho objeto, según la invención, se soluciona mediante un procedimiento para operar una red de corriente de continua (red CC) con las características de la reivindicación 1. En las reivindicaciones dependientes se indican configuraciones ventajosas, perfeccionamientos y variantes de la invención.

La red CC presenta varias secciones de red conectadas de forma separable mediante un elemento de conmutación, y una unidad de alimentación. La unidad de alimentación y las secciones de red, en este caso, igualmente están conectadas de forma separable mediante al menos un elemento de conmutación. Los elementos de conmutación, por una parte, presentan un interruptor electrónico, por ejemplo un transistor, para la conexión de una potencia de la red CC y, por otra parte, un interruptor galvánico para una separación de potencial. El interruptor galvánico está diseñado como un interruptor de protección y se utiliza para desconexión de la sección de red, conectada al mismo, de la unidad de alimentación, por ejemplo en un caso de emergencia o para la protección de trabajadores, por ejemplo durante trabajos de mantenimiento.

Además, después de una separación de la unidad de alimentación de las secciones de red y antes de una (nueva) interconexión de la unidad de alimentación con las secciones de red, se limitan corrientes de transferencia de tensión que se producen, con la ayuda de una unidad de limitador de corriente controlable. Por controlable, en este caso, en el sentido del uso general, se entiende una variación intencional y/o una posibilidad de variación de una magnitud de una corriente de transferencia de tensión.

La posibilidad de variación de la magnitud de la corriente de transferencia de tensión es una ventaja en comparación con una limitación de corriente mediante sólo una resistencia óhmica, ya que en la misma, una corriente máxima circulante siempre está fijada sólo por la ley de Ohm. Sin embargo, la unidad de limitador de corriente controlable, de este modo, puede adaptarse individualmente a cada red CC.

Además, las corrientes de transferencia de tensión de las secciones de red, preferentemente, se limitan mediante una unidad de limitador de corriente controlable. Esa configuración se basa en la consideración de que, debido a la unidad de limitador de corriente controlable, una adaptación de la misma a posibles variaciones de las corrientes de transferencia de tensión tiene lugar y se realiza con facilidad. Por variaciones de las corrientes de transferencia de tensión se entiende por ejemplo un aumento de las corrientes de transferencia de tensión, por ejemplo mediante una ampliación de la red CC en otras secciones de red.

Las corrientes de transferencia de tensión habitualmente circulan en el caso de una interconexión de acumuladores de energía que presentan un estado de carga diferente y, con ello, niveles de tensión diferentes. Las corrientes de transferencia de tensión mayormente no son controladas, no son deseadas y a menudo conducen a un daño y/o una destrucción de componentes de la red CC.

Mediante la limitación controlable de las corrientes de transferencia de tensión, para los componentes de la red CC está garantizada una interconexión sin riesgos de las secciones de red individuales con la unidad de alimentación, después de una separación precedente.

De manera conveniente, la red CC está conectada a la unidad de alimentación mediante una línea de alimentación, de manera que la red CC es alimentada por la unidad de alimentación, con una tensión de alimentación, mediante la línea de alimentación. De forma análoga y adicional, la unidad de limitador de corriente presenta una línea de distribuidor, mediante la cual ésta se encuentra conectada a las secciones de red. De este modo, la unidad de limitador de corriente está conectada a las secciones de red de la red CC, de manera que la misma limita posibles corrientes de transferencia de tensión de todas las secciones de red conectadas a la red CC mediante la línea de distribuidor.

Debido a esto, el elemento limitador de corriente constituye una limitación de corriente central en comparación con la limitación de corriente resistiva, que tiene lugar de forma individual en cada sección de red. Además, debido a esto, se realiza una inversión reducida en cuanto a la técnica de circuitos.

Según una configuración ventajosa, la unidad de limitador de corriente, en una primera variante de configuración, está diseñada como un generador de tensión en bucle abierto controlable, sin separación de potencial, por ejemplo como una fuente de tensión controlable. Además, la línea de distribuidor presenta una línea de carga, mediante la cual las secciones de red, después de una separación de la unidad de alimentación, y antes de una interconexión con la misma, experimentan una carga previa.

Para la carga previa, el generador de tensión en bucle abierto controlable, mediante la línea de carga previa, suministra una tensión de carga previa a las secciones de red y, con ello, adapta las diferentes tensiones del acumulador de energía a la tensión de carga previa. En general, las corrientes de transferencia de tensión, de este modo, se limitan independientemente de los diferentes niveles de tensión.

Por una adaptación, sin embargo, no se entiende obligatoriamente que las tensiones de las secciones de red, después de la carga previa, correspondan exactamente a la tensión de carga previa. Más bien, la igualación también tiene lugar cuando las tensiones de las secciones de red y la tensión de carga previa presentan una diferencia de tensión con un valor en el rango de preferentemente 10% a 20% de la tensión de alimentación. Según una configuración especialmente preferente, las secciones de red, después de la adaptación, presentan una tensión exactamente idéntica, exceptuando fluctuaciones condicionadas por el componente.

Preferentemente, de forma complementaria, también se prevé que para una igualación más rápida de las diferentes tensiones de las secciones de red la tensión de carga previa aumente durante la carga previa. El aumento de la tensión de carga previa, por ejemplo, tiene lugar de forma lineal. De forma alternativa, el aumento tiene lugar de forma escalonada.

El aumento de la tensión de carga previa se basa en la consideración de dejar salir lo más rápido posible las corrientes de transferencia de tensión. Para ello, al comienzo de la carga previa las secciones de red se interconectan mediante el generador de tensión en bucle abierto controlable. Con ello se posibilita una salida de las corrientes de transferencia de tensión no deseadas. La tensión de carga previa suministrada por medio del generador de tensión en bucle abierto, mediante la línea de carga previa, limita las corrientes de transferencia de tensión en su magnitud, de modo que éstas salen sin dañar y/o destruir los componentes de las secciones de red. Mediante el aumento de la tensión de carga previa se acorta el tiempo para la salida de las corrientes de transferencia de tensión y la igualación de los diferentes niveles de tensión de las secciones de red, en comparación con un tiempo que se necesita por ejemplo para una limitación de las corrientes de transferencia de tensión mediante la limitación de corriente resistiva. Por ejemplo, la salida de las corrientes de transferencia de tensión se acorta mediante el aumento de la tensión de carga previa preferentemente en 50%, en comparación con la variante de la limitación de corriente resistiva mediante el circuito de puente (en ambas variantes, para la determinación de la diferencia de tiempo, la corriente limitada presenta un mismo valor).

Preferentemente, el generador de tensión en bucle abierto controlable está diseñado como un convertidor de tensión continua, en particular como un convertidor reductor. El convertidor reductor presenta un lado de entrada y un lado de salida.

La configuración del generador de tensión en bucle abierto como convertidor reductor ofrece la ventaja de que se realiza una regulación sencilla y sin pérdidas, en particular en el aumento de la tensión de carga previa. La regulación sin pérdidas se basa en un modo de construcción sin resistencias, del convertidor reductor. Por sin resistencia, en este caso, a diferencia del uso general, se entiende un modo de construcción del convertidor reductor que en particular no presenta ninguna resistencia óhmica en una ruta de potencia. Por una ruta de potencia se entiende aquí una ruta de corriente y/o varias rutas de corriente de un componente electrónico, que transmiten la potencia del componente y/o mediante el componente.

El convertidor de tensión en continua, en particular el convertidor reductor, habitualmente, en el lado de entrada, presenta una tensión de entrada para su suministro. La tensión de entrada es la tensión máxima que el convertidor de tensión continua puede ajustar (regular) del lado de salida.

De manera alternativa, el generador de tensión en bucle abierto controlable está diseñado como un regulador de separación de potencial. Un regulador de separación de potencial, junto con los componentes de un convertidor reductor corriente y/o en lugar de un componente de un convertidor reductor, presenta un componente de separación de potencial, por ejemplo un transformador.

De manera conveniente, el generador de tensión en bucle abierto controlable, en particular el convertidor reductor, es alimentado por la unidad de alimentación. Expresado de otro modo: el convertidor reductor está conectado a la unidad de alimentación mediante una línea de suministro.

La ventaja reside en la inversión sencilla en cuanto a la técnica de circuito que, por una parte, ahorra material y, por otra parte, ahorra costes.

De manera alternativa, el generador de tensión en bucle abierto controlable es alimentado por una fuente de tensión externa, por ejemplo por una batería. Por externa se entiende aquí que la fuente de tensión que abastece al generador de tensión en bucle abierto no forma parte de la red CC. Igualmente también es posible un suministro del generador de tensión en bucle abierto mediante una fuente de tensión interna, por ejemplo un suministro de un procesamiento de señal. Debe tenerse en cuenta aquí que en la configuración del generador de tensión en bucle abierto controlable sin separación de potencial, la fuente de tensión del suministro alternativo del generador de tensión en bucle abierto forzosamente puede suministrar una tensión con un valor que preferentemente corresponde al valor de la tensión de alimentación de la unidad de alimentación, exceptuando una tolerancia en el rango de 10% a 20%.

Según el diseño alternativo del generador de tensión en bucle abierto como regulador con separación de potencial, por ejemplo mediante un transformador, con la ayuda de una selección adecuada de los números de espiras de los bobinados y, con ello, de la relación de transmisión del transformador, puede compensarse una diferencia de tensión también por fuera de la tolerancia antes mencionada.

Para reducir lo más posible a un mínimo las corrientes de transferencia de tensión que salen, durante el transcurso de la carga previa, la tensión de carga previa preferentemente se aumenta al valor de una tensión de alimentación de la unidad de alimentación. Con ello, los diferentes niveles de tensión de las secciones de red se adaptan al nivel de tensión, de la tensión de alimentación.

Debido a esto, después de la carga previa está garantizada una diferencia de tensión reducida entre las secciones de red cargadas de forma previa y la unidad de alimentación, de modo que las corrientes de transferencia de tensión aún circulantes ya no presentan un efecto perjudicial, o ya no circulan más corrientes de transferencia de tensión. La carga previa de las secciones de red con la tensión de alimentación de la unidad de alimentación en particular tiene lugar mediante el convertidor reductor alimentado por la unidad de alimentación. Para ello, en primer lugar, el convertidor reductor es abastecido de la tensión de alimentación por la unidad de alimentación. A continuación, el convertidor reductor carga previamente las secciones de red con la tensión de carga previa, que el mismo aumenta al valor de la tensión de alimentación en el transcurso temporal de la carga previa. Después de la carga previa, de este modo, se crea una condición de conmutación óptima. A continuación, el convertidor reductor se desconecta y las secciones de red se interconectan con la unidad de alimentación. Por condiciones de conmutación óptimas se entiende aquí un estado de la red CC, en el cual puede tener lugar una interconexión sin fallos de la unidad de alimentación con las secciones de red.

Según una configuración conveniente, la tensión de carga previa en particular se suministra al elemento de conmutación de cada sección de red. Preferentemente, por lo tanto, la línea de carga está dispuesta en el elemento de conmutación de manera que la misma está conectada entre el interruptor electrónico y el interruptor galvánico. Mediante esa disposición de la línea de carga, por una parte, se posibilita la separación de una sección de red de la unidad de limitador de corriente y, con ello de la carga previa y, por otra parte, se posibilita una carga previa de una sección de red que está separada de la unidad de alimentación.

De acuerdo con una segunda variante de configuración, las corrientes de transferencia de tensión, después de una separación de la unidad de alimentación de las secciones de red, son limitadas por una descarga controlada y/o controlable de los acumuladores de energía cargados de las secciones de red.

La descarga de las secciones de red, de modo conveniente, tiene lugar de forma análoga a la carga previa según la primera variante de configuración. Una diferencia reside en el hecho de que las diferentes tensiones de las secciones de red, de acuerdo con la segunda variante de configuración, se reducen mediante un consumidor eléctrico y, con ello, las corrientes de transferencia de tensión salen de forma controlada, y la energía de los acumuladores de energía de las secciones de red se convierte por ejemplo en calor, dentro del consumidor eléctrico. Para lograr la capacidad de control, el consumidor eléctrico, por ejemplo en una forma de configuración muy sencilla una resistencia óhmica, está conectado a las secciones de red mediante un interruptor, preferentemente un interruptor electrónico. Con la ayuda del interruptor se limitan las corrientes de transferencia de tensión que salen, de modo que éstas pueden salir sin dañar los componentes de la red CC, mediante el consumidor eléctrico.

La salida controlada de las corrientes de transferencia de tensión posibilita una adaptación óptima a la red CC, también en el caso de una ampliación de la red CC en otras secciones de red.

Además, mediante la descarga tiene lugar una adaptación de los diferentes niveles de tensión de las secciones de red a un nivel de tensión definido, por ejemplo al potencial cero.

De manera complementaria con respecto a ello, de forma opcional, también se prevé una carga previa de las secciones de red, a continuación de la descarga, para posibilitar una nueva interconexión de las secciones de red con la unidad de alimentación.

La línea de distribuidor presenta una línea de descarga. Además, la descarga de las secciones de red tiene lugar mediante una unidad de descarga central. La unidad de descarga, de manera preferente, presenta el consumidor eléctrico y/o el interruptor. La línea de descarga está conectada a todas las secciones de red y para ello está dispuesta paralelamente con respecto a la línea de alimentación. Además, la unidad de descarga y la línea de descarga están conectadas eléctricamente una con otra.

La ventaja consiste en el hecho de que mediante la línea de descarga, todas las secciones de red de la red CC se descargan mediante la unidad de descarga central. Por central se entiende aquí que la red CC solamente presenta una unidad de descarga que está diseñada para la descarga de todas las secciones de red de la red CC. Esto posibilita una realización con poca inversión para la descarga de las secciones de red.

Según un perfeccionamiento preferente, la unidad de descarga está diseñada como un convertidor de descarga controlable. El convertidor de descarga presenta un interruptor electrónico, preferentemente un transistor y un consumidor eléctrico, preferentemente una resistencia óhmica.

Después de la separación de las secciones de red de la unidad de alimentación, de este modo, las corrientes de transferencia de tensión, limitadas en su valor, salen mediante el convertidor de descarga controlable y se igualan los distintos niveles de tensión de las secciones de red.

La ventaja de esa configuración se encuentra en el modo de funcionamiento sencillo para alcanzar niveles de tensión adaptados de las secciones de red y, con ello, en una condición de conmutación óptima para la (nueva) interconexión de las secciones de red con la unidad de alimentación. Por tensiones adaptadas, de forma análoga a la primera variante antes mencionada, no se entiende obligatoriamente un valor exactamente idéntico de las diferentes tensiones de las secciones de red, sino más bien una aproximación de las tensiones individuales de las secciones de red a un valor de tensión.

Preferentemente, la limitación de corriente en la primera y/o en la segunda variante de configuración se controla mediante un control remoto, por ejemplo mediante una conexión remota. La ventaja reside en el hecho de que por ejemplo varias redes CC pueden ser controladas desde una central de conmutación.

Preferentemente, la red CC presenta tanto la primera variante de la limitación de corriente de transferencia de tensión mediante la carga previa, como también la segunda variante de la limitación de la corriente de transferencia de tensión mediante la descarga de las secciones de red. Para ello, la línea de distribuidor, preferentemente, está diseñada como una línea combinada que presenta la línea de carga previa y la línea de descarga.

El objeto, según la invención, se soluciona además mediante una red de corriente continua (red CC) con las características de la reivindicación 10.

La red CC presenta una unidad de alimentación con una línea de alimentación, así como varias secciones de red. Las secciones de red están conectadas de forma separable con la unidad de alimentación, mediante elementos de conmutación. Preferentemente, el elemento de conmutación presenta un disyuntor, por ejemplo un transistor, y un interruptor galvánico para la separación de potencial de la sección de red de la unidad de alimentación.

Para la limitación de corrientes de transferencia de tensión que se producen dentro de las secciones de red debido a una diferencia de tensión, la red de suministro eléctrica presenta una unidad de limitador de corriente controlable. Por controlable se entiende en este caso que la unidad de limitador de corriente está diseñada de manera que para la limitación de las corrientes de transferencia de tensión, la misma se varía y/o puede variarse en su magnitud mediante la unidad de limitador de corriente. Es decir que se regula y/o puede regularse un valor máximo admisible de las corrientes de transferencia de tensión circulantes mediante la unidad de limitador de corriente.

Debido a esto está garantizada una adaptación de la unidad de limitador de corriente a la red CC, de manera que también en el caso de variaciones dentro de la red CC, por ejemplo debido a una ampliación de la red CC con otras secciones de red, solamente tiene lugar una adaptación de la unidad de limitador de corriente en cuanto al valor máximo admisible de las corrientes de transferencia de tensión.

La unidad de limitador de corriente presenta una línea de distribuidor adicional, y está conectada a las secciones de red mediante la misma.

Para limitar todas las corrientes de transferencia de tensión que se producen en las secciones de red, de la red de suministro eléctrico, con la unidad de limitador de corriente, la línea de distribuidor está conectada paralelamente con respecto a la línea de alimentación.

La limitación de las corrientes de transferencia de tensión tiene lugar en particular con la ayuda de una carga previa de las secciones de red, de manera que se igualan las diferentes tensiones de la secciones de red. Para ello, la unidad de limitador de corriente presenta un generador de tensión en bucle abierto controlable y la línea de distribuidor presenta una línea de carga para una carga previa de las secciones de red con una tensión de carga previa. La carga previa tiene lugar durante el funcionamiento del generador de tensión en bucle abierto controlable. El generador de tensión en bucle abierto controlable, de este modo, está diseñado de manera que la tensión de carga previa, durante la carga previa, presenta una curva de la tensión aumentada en su valor, hasta que la misma esté adaptada a un valor de una tensión de alimentación de la unidad de alimentación, en particular a un mismo valor que la tensión de alimentación. Por la tensión de alimentación se entiende aquí una tensión con la cual es alimentada la red de suministro eléctrica.

Preferentemente, el generador de tensión en bucle abierto controlable está diseñado como un convertidor reductor. Esa configuración ofrece la ventaja de que mediante el convertidor reductor está realizada una carga previa con pocas pérdidas de las secciones de red, ya que el convertidor reductor presenta un modo de construcción sin resistencia. Por sin resistencia, a diferencia del uso general, se entiende que el convertidor reductor en particular no presenta ninguna resistencia óhmica en una ruta de potencia. Otra ventaja consiste en una realización sencilla del aumento de la tensión de carga previa mediante una variación de un ciclo de trabajo del convertidor reductor.

Mediante el ciclo de trabajo del convertidor reductor se posibilita una regulación de una tensión de salida - aquí la tensión de carga previa - que corresponde a un múltiplo de una tensión de entrada del convertidor reductor. En este caso, el múltiplo de las tensiones de entrada presenta valores en un rango de entre 0 y 1 u, observado relativamente, valores en un rango de entre 0% y 100%. Por ejemplo, un convertidor reductor, en el cual está regulado un ciclo de trabajo de 0,5, presenta una tensión de salida, cuyo valor presenta la mitad del valor de la tensión de entrada.

Además, preferentemente, el generador de tensión en bucle abierto, como tensión de entrada, presenta una tensión de alimentación de la unidad de alimentación. El suministro del convertidor reductor mediante la tensión de alimentación de la unidad de alimentación se basa en la consideración de que el convertidor reductor, debido a esto, está diseñado de manera que las tensiones de las secciones de red, después de la carga previa, se adaptan a la tensión de alimentación de la unidad de alimentación y, con ello, presentan una condición de conmutación óptima para la interconexión de las secciones de red con la unidad de alimentación.

De manera alternativa, el convertidor reductor presenta un suministro mediante una fuente de tensión, por ejemplo un suministro de tensión de un procesamiento de señal.

La unidad de limitador de corriente presenta una unidad de descarga y la línea de distribuidor presenta una línea de descarga para una descarga, limitada en cuanto a la corriente, de secciones de red que están separadas de la unidad de alimentación. Mediante la descarga se toma en cuenta una igualación de las diferentes tensiones de las secciones de red, de forma sencilla. Además, esta configuración se basa en la consideración de que para una descarga de los acumuladores de energía de todas las secciones de red, la red CC presenta solamente una unidad de descarga. Debido a esto, además, están garantizadas ventajas con respecto a los costes del dispositivo y a los costes operativos de la red de suministro eléctrica.

En particular, la unidad de descarga está diseñada como un convertidor de descarga controlable. Este perfeccionamiento ofrece la ventaja de que con la ayuda del convertidor de descarga controlable está realizada una limitación de corriente sencilla, así como regulada y/o regulable. Para la regulación y/o la posibilidad de regulación, el convertidor de descarga controlable preferentemente presenta un interruptor, en particular un transistor.

Según una configuración alternativa, varias unidades de limitador de corriente, por ejemplo por armario de mando, están conectadas al suministro de corriente continua, las cuales presentan una estructura en cascada. Para ello, preferentemente, una unidad de limitador de corriente de una sección de red respectivamente dispuesta aguas abajo, presenta un suministro desde una sección de red respectivamente situada aguas arriba. Además, de modo preferente, a cada unidad de limitador de corriente están conectadas varias secciones de red.

Preferentemente, la línea de carga y/o la línea de descarga presentan un diodo de desacoplamiento. De modo conveniente, el diodo de desacoplamiento está dispuesto en una conexión de la línea de carga y/o de la línea de descarga, en el respectivo elemento de conmutación. La disposición de un diodo de desacoplamiento, en correspondencia con su denominación, ofrece la ventaja de que las secciones de red individuales están desacopladas unas de otras. Por desacoplamiento se entiende en este caso que las secciones de carga, durante la carga o la descarga, no se influencian mutuamente debido a las corrientes de transferencia de tensión.

Las ventajas y las configuraciones preferentes expuestas con relación al procedimiento, de forma conveniente, pueden trasladarse a la red CC, y de forma inversa.

A continuación, mediante las figuras se explican con más detalle ejemplos de ejecución de la invención. Las mismas, de forma parcial, y en representaciones muy simplificadas, muestran:

Figura 1 un esquema de conexiones de una red de corriente continua (red CC),

Figura 2 un elemento de conmutación con una línea de carga conectada,

Figura 3 un generador de tensión en bucle abierto controlable,

Figura 4 un convertidor de descarga controlable, así como

Figura 5 un elemento de conmutación con una línea de carga y una línea de descarga conectada.

En las figuras, las partes que cumplen las mismas funciones se representan con los mismos símbolos de referencia. En la figura 1 se representa una red de corriente continua (red CC) 2, en particular para plantas industriales, que presenta una red de corriente continua 2 (red CC).

La red de corriente continua 2 adicionalmente presenta una unidad de conexión 4 para una conexión a una red, por ejemplo una red de corriente trifásica. A la unidad de conexión 4 se conecta una unidad de alimentación 6, en la cual habitualmente la corriente trifásica se rectifica a una corriente continua, y después se suministra a la red CC 2. La red CC 2 presenta varias secciones de red 8 conectadas con la unidad de alimentación 6, así como en el ejemplo de ejecución una subred 10. Una subred 10 presenta además varias secciones de red 8. Las secciones de red 8, por ejemplo, son consumidores eléctricos V, acumuladores de energía E o instalaciones fotovoltaicas PV. Las secciones de red 8, mediante una línea de alimentación 12, están conectadas con la unidad de alimentación 6. Mediante la línea de alimentación 12, la corriente continua eléctrica circula hacia las secciones de red 8 individuales. Mediante una línea de masa 14, la corriente continua circula a continuación regresando a la unidad de alimentación 6.

Para proteger la red CC 2, así como las secciones de red 8, de sobretensiones y/o sobrecorrientes, cada sección de red 8 presenta un elemento de conmutación 16a. De forma análoga a esto, entre la unidad de alimentación 6 y la línea de alimentación 12 está conectado un elemento de conmutación principal 16b. El elemento de conmutación principal 16b y los elementos de conmutación 16a, técnicamente, presentan la misma estructura. El elemento de conmutación principal 16b posibilita una separación de toda la red CC 2 de la unidad de conexión 4, por ejemplo en el caso de una desconexión de emergencia o para realizar un trabajo de mantenimiento.

La red CC 2 presenta una unidad de limitador de corriente 18 que, mediante una línea de distribuidor 20, está conectada con todas las secciones de red 8 y subredes 10 de la red CC 2. La línea de distribuidor 20, en el ejemplo de ejecución, está conectada paralelamente con respecto a la línea de alimentación 12, y paralelamente con respecto a la línea de masa 14.

Después de una separación de las secciones de red 8 de la unidad de alimentación 6, por ejemplo mediante el elemento de conmutación principal 16b, debido a diferentes tensiones, resultan corrientes de transferencia de tensión dentro de la red CC 2, en tanto las secciones de red 8 se interconecten nuevamente con la unidad de alimentación 6. Las corrientes de transferencia de tensión no controladas y/o ilimitadas en su valor pueden dañar y/o destruir los componentes de la red CC 2. Para poder hacer salir de forma controlada las corrientes de transferencia de tensión, según una primera variante, las secciones de red 8, de manera conveniente inicialmente antes de una nueva interconexión, están conectadas con la unidad de alimentación 6 mediante la unidad de limitador de corriente 18. Debido a esto, las corrientes de transferencia de tensión experimentan una limitación de corriente.

La unidad de limitador de corriente 18 está diseñada de manera que las secciones de red 8 experimentan una carga previa con una tensión de carga previa, mediante la línea de distribuidor 20 que, según la primera variante, presenta una línea de carga 21a. La tensión de carga previa, durante la carga previa, se aumenta en su valor, hasta que la misma se haya adaptado a un valor de una tensión de alimentación de la unidad de alimentación 6. Por tensión de alimentación se entiende aquí la tensión que es suministrada desde la unidad de alimentación 6 hacia la red CC 2. Después de la igualación de las tensiones de las secciones de red tiene lugar una interconexión sin fallos de las secciones de red 8 con la unidad de alimentación 6.

Para la regulación y/o para el control de la tensión de carga previa, la unidad de limitador de corriente 18 presenta un convertidor de tensión continua, en el ejemplo de ejecución en particular un convertidor reductor 22 y, de manera alternativa, un regulador con separación de potencial. El convertidor reductor 22, en el ejemplo de ejecución, presenta un suministro 24 mediante la unidad de alimentación 6.

En el ejemplo de ejecución, la tensión de carga previa para una respectiva sección de red se suministra al elemento de conmutación 16 correspondiente. La ventaja de esta configuración consiste en una separación de una sección de red 8, que no debería experimentar ninguna carga previa, ya que la misma, por ejemplo, no se interconecta nuevamente a la unidad de alimentación 6.

En la figura 2 se representa un elemento de conmutación 16a,b de esa clase.

El elemento de conmutación 16a,b presenta tanto interruptores electrónicos 26, por ejemplo transistores, como también interruptores de separación de potencial 28. Ambos interruptores 26,28 presentan diferencias electrónicas en cuanto a la potencia. Los interruptores electrónicos 26, debido a su densidad de potencia elevada y a sus tiempos de conmutación con valores en el rango de algunos nanosegundos, preferentemente están diseñados para una conmutación de potencia eléctrica. Su efecto de aislamiento, sin embargo, es insuficiente con respecto a una separación de potencial. Por ese motivo, los elementos de conmutación 16a,b adicionalmente presentan interruptores de separación de potencial 28.

En el ejemplo de ejecución, la tensión de carga previa es suministrada al elemento de conmutación 16a,b mediante la línea de carga 21a. Preferentemente, la línea de carga 21a está conectada en el elemento de conmutación 16a,b entre el interruptor electrónico 26 y el interruptor de separación de potencial 28. Esa disposición de la línea de carga 21a posibilita una carga previa de las secciones de red 8 en el caso de secciones de red 8 aún separadas de la unidad de alimentación 6 mediante el interruptor con separación de potencial 28. Después de la carga previa y, con ello, de la igualación de los niveles de tensión de las secciones de red 8 con el nivel de tensión de la tensión de alimentación, las secciones de red 8, mediante el interruptor con separación de potencial 28, se interconectan con la unidad de alimentación 6. La línea de carga 21a presenta además un diodo de desacoplamiento 29 para un desacoplamiento, de unas de otras, de las secciones de red 8 individuales.

En la figura 3 está representado un esquema de conexiones de un convertidor reductor 22.

El convertidor reductor 22 presenta un lado de entrada 30 para una tensión de entrada U^e (en el ejemplo de ejecución la tensión de alimentación de la unidad de alimentación 6) y un lado de salida 32 para una tensión de salida U^a (en el ejemplo de ejecución la tensión de carga previa).

Además, el convertidor reductor 22 preferentemente presenta un interruptor 34, preferentemente un interruptor semiconductor, y en particular un transistor, así como una bobina 36 y un condensador 38

El modo de funcionamiento del convertidor reductor 22 es del siguiente modo: al cerrarse el interruptor 34, la tensión de entrada U^e aplicada al lado de entrada 3 suministra una carga aplicada al lado de salida 32, con la tensión de salida U^a . En el ejemplo de ejecución, las secciones de red 8 conectadas al convertidor reductor 22 corresponden a la carga. Mediante un controlador, no mostrado ni explicado en detalle en el ejemplo de ejecución, el interruptor 34 se cierra y se abre de forma alternada. Mientras que el interruptor 34 está abierto, los dos acumuladores de energía bobina 36 y condensador 38 abastecen a la carga mediante un diodo de dirección 39. De este modo, la tensión de salida U^a que se aplica en el lado de salida 32 está regulada y/o puede regularse en función de un ciclo de trabajo a. El ciclo de trabajo define una relación entre una duración del pulso, con respecto a una duración del periodo. Es decir, que el ciclo de trabajo a, en el ejemplo de ejecución, indica en qué parte de una duración del periodo el interruptor 34 está cerrado. El ciclo de trabajo a, de este modo, presenta valores en el rango de 0 a 1; así como observado relativamente en el rango entre 0% y 100%. Si el ciclo de trabajo a presenta por ejemplo un valor de 0,5, entonces el interruptor 34 está cerrado la mitad del tiempo de la duración del periodo.

Expresado de otro modo: la tensión de salida U^a que se aplica en el lado de salida 32 varía entre 0V (corresponde a un ciclo de trabajo de 0; es decir que el interruptor 34, durante la duración del periodo, presenta una posición abierta), y el valor de la tensión de entrada (corresponde a un ciclo de trabajo de 1; es decir que el interruptor 34, durante la duración del periodo, presenta una posición cerrada).

Según la primera variante de configuración, las secciones de red 8 se cargan previamente con una tensión de carga previa. En cuanto a la técnica de conmutación, la carga previa se realiza de manera que el convertidor reductor 22, durante el funcionamiento, presenta un ciclo de trabajo a variable, en particular que aumenta en el valor, de manera que al comienzo de la carga previa, del lado de salida, una tensión de salida que corresponde a la tensión de carga previa se aplica con un valor de 0V que, durante la carga previa, mediante un ciclo de trabajo a en aumento, se incrementa al valor de la tensión de entrada del convertidor reductor 22, que corresponde a la tensión de alimentación.

Para proteger el convertidor reductor 22, en particular el interruptor 34, en el caso de una falla de tensión, el convertidor reductor 22 presenta un diodo de protección 40.

En la figura 4, de acuerdo con una segunda variante de configuración, se representa un esquema de conexiones de un convertidor de descarga 42.

De forma análoga a la primera variante de la carga previa de las secciones de red 8, de acuerdo con la segunda variante, mediante una descarga de las secciones de red 8 separadas de la unidad de alimentación 6, tiene lugar una igualación de las diferentes tensiones de las secciones de red 8.

La descarga de las secciones de red 8 tiene lugar mediante el convertidor de descarga 42 representado en la figura 3b. El convertidor de descarga 42 presenta igualmente un interruptor 34, preferentemente un interruptor semiconductor, y en particular un transistor, así como una bobina 36 y una resistencia 44, en particular una resistencia óhmica.

El modo de funcionamiento del convertidor de descarga 42 es del siguiente modo: después de la separación de las secciones de red 8 de la unidad de alimentación 6, éstas presentan diferentes tensiones y, con ello, diferentes energías acumuladas. Para la descarga de las secciones de red, se cierra el interruptor 34 del convertidor de descarga 42. Las corrientes de transferencia de tensión circulantes, que "transfieren" la potencia desde los acumuladores de energía hacia la resistencia 44, están limitadas por la capacidad de control del interruptor 34, de manera que tiene lugar una salida controlada de las corrientes de transferencia de tensión. Después de una apertura del interruptor 34, la corriente de transferencia de tensión que aún se encuentra presente en el convertidor de descarga 42 circula mediante un diodo de dirección 39, nuevamente a través de la resistencia 44, liberando allí energía, por ejemplo en forma de calor.

En la figura 5 se muestra un esquema de conexiones de un elemento de conmutación 16a,b con línea de carga 21a conectada y con una línea de descarga 21b. La línea de descarga 21b, en cuanto a su modo de funcionamiento, puede considerarse de forma análoga a la línea de carga 21a. Mediante la línea de descarga 21b, las secciones de red 8 están conectadas con el convertidor de descarga 42, de manera que el mismo está diseñado como una unidad de descarga central para la descarga de todas las secciones de red 8 de la red CC 2.

Según la figura 5, el elemento de conmutación 16a,b presenta un interruptor electrónico 26 y un interruptor con separación de potencial 28. De forma análoga al elemento de conmutación 16a,b de la figura 2, la línea de carga 21a y la línea de descarga 21b están conectadas entre el interruptor electrónico 26 y el interruptor de separación de potencial 28. Esa conexión, según la invención, posibilita una carga previa o una descarga de las secciones de red 8, al estar separada la unidad de alimentación 6. Tanto la línea de carga 21a, como también la línea de descarga 21b, presentan un diodo de desacoplamiento 29 conductor en direcciones opuestas. Los diodos de desacoplamiento 29, de forma análoga al elemento de conmutación de la figura 2, están dispuestos para el desacoplamiento de las secciones de red 8 individuales unas de otras.

De manera conveniente, la línea de carga 21a y la línea de descarga 21b están dispuestas juntas en un cable. En una configuración combinada de carga previa y descarga de las secciones de red 8, por ejemplo, después de una descarga de las secciones de red 8, tiene lugar una carga previa de las secciones de red 8, antes de que éstas se interconecten nuevamente con la unidad de alimentación 6.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento para operar una red de corriente continua (2) que presenta varias secciones de red (8) conectadas de forma separable mediante respectivamente un elemento de conmutación (16a,b), y una unidad de alimentación (6), donde después de una separación de las secciones de red (8) de la unidad de alimentación (6) y antes de una interconexión de las secciones de red (8) con la unidad de alimentación (6), corrientes de transferencia de tensión, que circulan entre las secciones de red (8) o entre la unidad de alimentación (6) y las secciones de red (8) debido a niveles de tensión diferentes, son limitadas con la ayuda de una unidad de limitador de corriente (18) controlable, donde

- la unidad de alimentación (6) está conectada a la red de corriente continua (2) mediante una línea de alimentación (12), y la unidad de limitador de corriente (18) está conectada a las secciones de red (8) mediante una línea de distribuidor (20) adicional en común, de manera que la unidad de limitador de corriente (18) controlable limita las corrientes de transferencia de tensión mediante la línea de distribuidor (20) adicional en común,

caracterizado porque

- las corrientes de transferencia de tensión, después de una separación de la unidad de alimentación (6) de las secciones de red (8), son limitadas mediante una descarga controlada de las secciones de red (8), y para ello la línea de distribuidor (20) presenta una línea de descarga (21b), y la limitación de las corrientes de transferencia de tensión tiene lugar por medio de una descarga de las secciones de red (8), mediante una unidad de descarga, mediante la línea de descarga (12b).

2. Procedimiento según la reivindicación precedente, donde la unidad de limitador de corriente (18) está diseñada como un generador de tensión en bucle abierto, y la línea de distribuidor (20) presenta una línea de carga (21a), mediante la cual las secciones de red (8), que después de la separación y antes de la interconexión presentan diferentes niveles de tensión, experimentan una carga previa con una tensión de carga previa, de manera que los diferentes niveles de tensión se igualan para limitar las corrientes de transferencia de tensión.

3. Procedimiento según la reivindicación precedente, donde durante la carga previa aumenta una tensión de carga previa.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 2 ó 3, donde el generador de tensión en bucle abierto controlable está diseñado como un convertidor de tensión continua, en particular como un convertidor reductor (22).

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 2 a 4, donde el generador de tensión en bucle abierto controlable es alimentado por la unidad de alimentación (6).

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 2 a 5, donde la tensión de carga previa se aumenta de manera que la misma, después de la carga previa, está igualada con respecto al valor de una tensión de alimentación de la unidad de alimentación.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 2 a 6, donde la tensión de carga previa para la carga previa de las secciones de red (8), en un respectivo elemento de conmutación (16a,b), se suministra a las secciones de red.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, donde la unidad de descarga está diseñada como un convertidor de descarga (42) controlable, de manera que después de la separación de las secciones de red (8) de la unidad de alimentación (6) para la descarga, las corrientes de transferencia de tensión, limitadas en su valor, salen mediante el convertidor de descarga (42), de manera que se igualan las tensiones de las secciones de red (8).

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, donde la limitación de corriente se controla mediante un control remoto.

10. Red de corriente continua (2) que presenta una unidad de alimentación (6) con una línea de alimentación (12) y varias secciones de red (8) conectadas de forma separable de la unidad de alimentación (6), mediante elementos de conmutación (16a,b), donde adicionalmente con respecto a la unidad de alimentación (6) una unidad de limitador de corriente (18) controlable está conectada a las secciones de red (8), donde

- la unidad de limitador de corriente (18) está diseñada para limitar corrientes de transferencia de tensión durante el funcionamiento, que se producen entre las secciones de red (8) o entre la unidad de alimentación (6) y las secciones de red (8) debido a una diferencia de tensión,

- la unidad de limitador de corriente (18) presenta una línea de distribuidor (20), mediante la cual la unidad de limitador de corriente (18) está conectada a las secciones de red (8),

- la unidad de limitador de corriente (18) presenta una unidad de descarga, y la línea de distribuidor (20) presenta una línea de descarga (21b) para una descarga, limitada en cuanto a la corriente, de secciones de red (8) que están separadas de la unidad de alimentación (6),

caracterizada porque

- la unidad de limitador de corriente (18) presenta un generador de tensión en bucle abierto controlable y la línea de distribuidor (20) presenta una línea de carga (21a) para una carga previa de las secciones de red (8) durante el funcionamiento, y donde

- el elemento de conmutación (16a,b) presenta un interruptor electrónico (26) y un interruptor se separación de potencial (28), y

- la línea de carga (21a) y la línea de descarga (21b) están conectadas entre el interruptor electrónico (26) y el interruptor de separación de potencial (28).

11. Red de corriente continua (2) según la reivindicación precedente, donde la línea de distribuidor (20) está conectada paralelamente con respecto a la línea de alimentación (12).

12. Red de corriente continua (2) según una de las reivindicaciones 10 u 11, donde el generador de tensión en bucle abierto controlable está diseñado como un convertidor reductor (22).

13. Red de corriente continua (2) según una de las reivindicaciones 10 a 12, donde la unidad de descarga está diseñada como un convertidor de descarga (42) controlable.

14. Red de corriente continua (2) según una de las reivindicaciones 10 a 13, donde al suministro de corriente continua están conectadas varias unidades de limitador de corriente (18), que presentan una estructura en cascada, y cada unidad de limitador de corriente (18) está conectada a varias secciones de red (8).

15. Red de corriente continua (2) según una de las reivindicaciones 10 a 14, donde la línea de carga (21a) y/o la línea de descarga (21b) presentan un diodo de desacoplamiento (29).