ES2923459T3 - Conjunto de fuente de alimentación - Google Patents

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Abstract

Un conjunto de suministro de energía que comprende un sistema convertidor de suministro de carga (8) y una ruta de transferencia de ahorro de energía (457), ambos conectados eléctricamente a una conexión de carga (71). La ruta de transferencia de ahorro de energía (457) pasa por alto el sistema convertidor de suministro de carga (8) y comprende un sistema de interruptor de derivación (5) que tiene un primer interruptor de derivación (51) y un segundo interruptor de derivación (52) conectados en serie. Un sistema de control (909) del conjunto de fuente de alimentación está adaptado para proporcionar una operación de diagnóstico del sistema que comprende proporcionar un estado de diagnóstico para el sistema de interruptor de derivación (5) controlando el primer interruptor de derivación (51) en un estado no conductor y controlando el segundo interruptor de derivación (52) en un estado conductor, generando un voltaje de diagnóstico en una salida del sistema convertidor de suministro de carga (8), y detectando un incidente de cortocircuito si una corriente eléctrica que fluye a través del sistema de interruptor de derivación (5) excede un valor umbral de cortocircuito predeterminado. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Conjunto de fuente de alimentación
Campo de la invención
La presente invención se refiere a un conjunto de fuente de alimentación según el preámbulo de la reivindicación independiente 1.
Un conjunto de fuente de alimentación conocido comprende un sistema convertidor de alimentación de carga y una ruta de transferencia de ahorro de energía, ambos conectados eléctricamente a una carga del conjunto de fuente de alimentación. La ruta de transferencia de ahorro de energía pasa por alto el sistema convertidor de alimentación de carga y comprende un sistema de conmutador de derivación adaptado para conectar y desconectar eléctricamente de forma selectiva una alimentación de corriente alterna principal hacia y desde la carga.
En un modo de alimentación de convertidor en el que el sistema de conmutador de derivación se controla a un estado no conductor y la energía se transfiere a la carga a través del sistema convertidor de alimentación de carga, un cortocircuito en el sistema de conmutador de derivación puede provocar que se exceda la tensión máxima permitida en el sistema convertidor de alimentación de carga debido a una corriente eléctrica que fluye en la ruta de transferencia de ahorro de energía.
Uno de los problemas asociados con el conjunto de fuente de alimentación conocido anteriormente es que es difícil detectar un cortocircuito en el sistema de conmutador de derivación durante el modo de alimentación del convertidor.
El documento US 2013/0193760 A1 describe sistemas y métodos para controlar fuentes de alimentación ininterrumpidas.
Breve descripción de la invención
Un objeto de la presente invención es proporcionar un conjunto de fuente de alimentación para resolver el problema anterior. Los objetos de la invención se logran mediante un conjunto de fuente de alimentación que se caracteriza por lo que se establece en la reivindicación independiente. Las realizaciones preferidas de la invención se describen en las reivindicaciones dependientes.
La invención se basa en la idea de detectar un cortocircuito en el sistema de conmutador de derivación durante el modo de alimentación del convertidor mediante la generación de una tensión de diagnóstico en una conexión de potencia del sistema convertidor de alimentación de carga conectado a la carga, en donde la tensión de diagnóstico es diferente de una tensión de la fuente de corriente alterna principal. Dicha diferencia entre la tensión de diagnóstico y la tensión de la alimentación de corriente alterna principal crea una corriente de cortocircuito que fluye a través del sistema de conmutador de derivación e indica la presencia de un cortocircuito en el sistema de conmutador de derivación.
Una ventaja del conjunto de fuente de alimentación de la invención es que un cortocircuito en el sistema de conmutador de derivación puede detectarse rápidamente en el modo de alimentación del convertidor. En una realización, la detección del cortocircuito en el sistema de conmutador de derivación se realiza con un hardware de un conjunto de fuente de alimentación conocido, simplemente reprogramando el sistema de control del conjunto de fuente de alimentación.
Breve descripción de los dibujos
A continuación, se describirá la invención con mayor detalle por medio de realizaciones preferidas con referencia a la Figura 1 adjunta, que muestra un diagrama de circuito simplificado de un conjunto de fuente de alimentación según una realización de la invención.
Descripción detallada de la invención
La Figura 1 muestra un diagrama de circuito simplificado de un conjunto 101 de fuente de alimentación que comprende un sistema 4 de conexión de fuente, una conexión 71 de carga, un sistema 8 convertidor de alimentación de carga, una ruta 457 de transferencia de ahorro de energía, un sistema 5 de conmutador de derivación, un sistema de medición y un sistema 909 de control.
El sistema 4 de conexión de fuente comprende dos conexiones de corriente alterna y una conexión de corriente continua. Una de las conexiones de corriente alterna del sistema 4 de conexión de fuente es una conexión 41 de fuente principal adaptada para conectarse a una alimentación 301 de corriente alterna principal. La otra de las conexiones de corriente alterna del sistema 4 de conexión de fuente es una conexión 42 de fuente secundaria adaptada para conectarse a una alimentación 302 de corriente alterna secundaria. La conexión de corriente continua del sistema 4 de conexión de fuente se indica con el número de referencia 43 y está adaptada para conectarse a una alimentación 461 de corriente continua.
En una realización alternativa, el sistema de conexión de fuente comprende la conexión de fuente principal y al menos una conexión de fuente adicional.
La conexión 71 de carga está adaptada para conectarse a una carga 707. La carga 707 es una carga de corriente alterna.
El sistema 8 convertidor de alimentación de carga comprende un primer convertidor 81, un enlace 2 de CC, un segundo convertidor 82 y un convertidor 83 de corriente continua. El enlace 2 de CC comprende una capacitancia de enlace de CC. Una primera conexión 811 de potencia del primer convertidor 81 es una conexión de corriente continua conectada eléctricamente al enlace 2 de CC. La segunda conexión 812 de potencia del primer convertidor 81 es una conexión de corriente alterna conectada eléctricamente a la conexión 71 de carga. Una primera conexión 821 de potencia del segundo convertidor 82 es una conexión de corriente alterna conectada eléctricamente a la conexión 42 de fuente secundaria. La segunda conexión 822 de potencia del segundo convertidor 82 es una conexión de corriente continua conectada eléctricamente al enlace 2 de Cc . Una primera conexión 831 de potencia del convertidor 83 de corriente continua es una conexión de corriente continua conectada eléctricamente a la conexión 43 de corriente continua. Una segunda conexión 832 de potencia del convertidor 83 de corriente continua es una conexión de corriente continua conectada eléctricamente al enlace 2 de CC.
El primer convertidor 81, el segundo convertidor 82 y el convertidor 83 de corriente continua son convertidores bidireccionales. El primer convertidor 81 y el segundo convertidor 82 son convertidores de energía eléctrica funcionalmente idénticos.
En la presente memoria, se define que dos componentes se conectan eléctricamente entre sí cuando existe una conexión entre los componentes que permite la transferencia de energía eléctrica entre los componentes.
En una realización alternativa, la primera conexión de potencia del segundo convertidor es una conexión de corriente alterna conectada eléctricamente a la conexión de fuente principal.
La ruta 457 de transferencia de ahorro de energía conecta eléctricamente la conexión 41 de fuente principal a la conexión 71 de carga y evita el sistema convertidor 8 de alimentación de carga. El sistema 5 de conmutador de derivación está previsto en la ruta 457 de transferencia de ahorro de energía y está adaptado para desconectar la conexión 41 de fuente principal de la conexión 71 de carga. El sistema 5 de conmutador de derivación comprende un primer conmutador 51 de derivación y un segundo conmutador 52 de derivación conectados en serie. El primer conmutador 51 de derivación tiene una velocidad de conmutación más alta que el segundo conmutador 52 de derivación.
El primer conmutador 51 de derivación es un triac (tríodo para corriente alterna) y el segundo conmutador 52 de derivación es un contactor mecánico. En una realización alternativa, el primer conmutador de derivación es un conmutador de semiconductores bidireccional de otro tipo, y el segundo conmutador de derivación es un conmutador mecánico de otro tipo. En otra realización alternativa, el primer conmutador de derivación es un conmutador mecánico ultrarrápido cuyo tiempo de conmutación del estado no conductor al estado conductor es inferior o igual a cuatro milisegundos.
El sistema de medición está adaptado para medir una corriente eléctrica que fluye a través de la segunda conexión 812 de potencia del primer convertidor 81, una tensión presente en la segunda conexión 812 de potencia del primer convertidor 81, una corriente eléctrica que fluye a través del sistema 5 de conmutador de derivación, una tensión presente en la conexión 41 de fuente principal, y una corriente eléctrica que fluye a través de la conexión 71 de carga. El sistema de medición comprende sensores de medición para medir las cantidades eléctricas mencionadas anteriormente. En realizaciones alternativas, el sistema de medición comprende sensores de medición y/o algoritmos adaptados para calcular cantidades eléctricas en base a información que comprende datos de control del primer convertidor del sistema convertidor de alimentación de carga.
El sistema 909 de control está adaptado para controlar el sistema convertidor 8 de alimentación de carga y el sistema 5 de conmutador de derivación. El sistema 909 de control está conectado de forma comunicativa al sistema de medición para recibir información de medición del sistema de medición.
El sistema 909 de control está adaptado para proporcionar una operación normal y una operación de diagnóstico del sistema para detectar un incidente de cortocircuito en el que hay un cortocircuito en el sistema 5 de conmutador de derivación, en el primer conmutador 51 de derivación para ser precisos. La operación de diagnóstico del sistema se lleva a cabo en un modo de alimentación del convertidor del conjunto de fuente de alimentación. En el modo de alimentación del convertidor, el sistema 5 de conmutador de derivación se controla en un estado no conductor, y la energía se transfiere a la conexión 71 de carga a través del sistema convertidor 8 de alimentación de carga. En otras palabras, el sistema 909 de control configura el conjunto 101 de fuente de alimentación para transferir energía a la conexión 71 de carga exclusivamente a través del sistema convertidor 8 de alimentación de carga mientras que la ruta 457 de transferencia de ahorro de energía es sin corriente.
La operación de diagnóstico del sistema comprende proporcionar un estado de diagnóstico para el sistema 5 de conmutador de derivación, generar una tensión de diagnóstico en la segunda conexión 812 de potencia del primer convertidor 81 y detectar el incidente de cortocircuito si se cumplen las condiciones de fallo predeterminadas. El sistema 909 de control está adaptado para proporcionar el estado de diagnóstico para el sistema 5 de conmutador de derivación al controlar el primer conmutador 51 de derivación a un estado no conductor, y al controlar el segundo conmutador 52 de derivación a un estado conductor mediante el envío de señales de control al primer conmutador 51 de derivación y al segundo conmutador 52 de derivación. La tensión de diagnóstico se genera en la segunda conexión 812 de potencia del primer convertidor 81 durante el estado de diagnóstico del sistema 5 de conmutador de derivación.
La tensión de diagnóstico es diferente de la tensión relacionada con la conexión 41 de fuente principal. Por lo tanto, la tensión de diagnóstico es una tensión diferente de la tensión de la alimentación 301 de corriente alterna principal. En una realización, la tensión de diagnóstico tiene una amplitud diferente de la tensión relacionada con la conexión de fuente primaria. En otra realización, la tensión de diagnóstico tiene una frecuencia diferente de la tensión relacionada con la conexión de fuente principal. En otra realización más, la tensión de diagnóstico tiene una fase diferente de la tensión relacionada con la conexión de fuente principal. En otra realización más, la tensión de diagnóstico tiene una forma de onda diferente de la tensión relacionada con la conexión de fuente principal.
Durante la operación de diagnóstico del sistema, la alimentación 301 de corriente alterna principal se conecta eléctricamente a la conexión 41 de fuente principal. De lo contrario, un cortocircuito en el sistema 5 de conmutador de derivación no podría crear una corriente eléctrica en la ruta 457 de transferencia de ahorro de energía.
El sistema 909 de control está adaptado para llevar a cabo la operación de diagnóstico del sistema en relación con la puesta en marcha del conjunto 101 de fuente de alimentación, después de controlar el primer conmutador 51 de derivación en el estado no conductor, y periódicamente. En realizaciones alternativas, el sistema de control está adaptado para llevar a cabo la operación de diagnóstico del sistema en al menos una situación predeterminada.
Como respuesta al incidente de cortocircuito detectado, el sistema 909 de control está adaptado para proporcionar medidas de respuesta que comprenden informar a un usuario del conjunto 101 de fuente de alimentación acerca del incidente de cortocircuito detectado y controlar el segundo conmutador 52 de derivación en el estado no conductor. En realizaciones alternativas, el sistema de control está adaptado para proporcionar al menos una medida de respuesta como respuesta al incidente de cortocircuito detectado.
En una realización, la tensión relacionada con la conexión de la fuente principal se mide mediante un sensor ubicado en la conexión de la fuente principal. En otra realización, la tensión relacionada con la conexión de la fuente principal se mide mediante un sensor ubicado en algún lugar de la alimentación de corriente alterna principal, y la distancia física entre la conexión de la fuente principal y el sensor de tensión es larga, de hasta varios kilómetros.
Las condiciones de fallo predeterminadas para el incidente de cortocircuito comprenden la corriente eléctrica relacionada con el sistema 5 de conmutador de derivación que excede un valor umbral de cortocircuito predeterminado. El valor umbral de cortocircuito predeterminado es el 5% de la corriente nominal de la conexión 71 de carga. En realizaciones alternativas, el valor umbral de cortocircuito predeterminado está en un intervalo de 1 a 8 por ciento de la corriente nominal de la conexión de carga. El valor umbral de cortocircuito predeterminado se selecciona de tal manera que la probabilidad de diagnóstico erróneo sea baja.
El funcionamiento normal proporcionado por el sistema 909 de control comprende la alimentación de energía a la conexión 71 de carga a través del sistema convertidor 8 de alimentación de carga mientras el sistema 5 de conmutador de derivación está en un estado no conductor. Durante el funcionamiento normal, el primer convertidor 81 genera a la segunda conexión 812 de potencia del mismo una tensión normal que es similar a la tensión relacionada con la conexión 41 de fuente principal.
Además del modo de alimentación del convertidor, el sistema 909 de control está adaptado para proporcionar un modo de derivación. En el modo de derivación, el sistema 5 de conmutador de derivación se controla en un estado conductor y la energía se transfiere a la conexión 71 de carga exclusivamente a través de la ruta 457 de transferencia de ahorro de energía.
Será obvio para un experto en la técnica que el concepto inventivo se puede implementar de varias maneras. La invención y sus realizaciones no se limitan a los ejemplos descritos anteriormente, sino que pueden variar dentro del alcance de las reivindicaciones.

Claims (14)

REIVINDICACIONES
1. Un conjunto de fuente de alimentación que comprende:
un sistema (4) de conexión de fuente que comprende al menos una conexión de corriente alterna, comprendiendo dicha al menos una conexión de corriente alterna una conexión (41) de fuente principal adaptada para conectarse a una alimentación (301) de corriente alterna principal;
una conexión (71) de carga adaptada para conectarse a una carga (707);
un sistema convertidor (8) de alimentación de carga que comprende un primer convertidor (81) que comprende una primera conexión (811) de potencia y una segunda conexión (812) de potencia, en el que la segunda conexión (812) de potencia es una conexión de corriente alterna conectada eléctricamente a la conexión (71) de carga;
una ruta (457) de transferencia de ahorro de energía que conecta eléctricamente la conexión (41) de fuente principal a la conexión (71) de carga, y deriva el sistema convertidor (8) de alimentación de carga;
un sistema (5) de conmutador de derivación previsto en la ruta (457) de transferencia de ahorro de energía, y adaptado para desconectar la conexión (41) de fuente principal de la conexión (71) de carga, comprendiendo el sistema (5) de interruptor de derivación un primer conmutador (51) de derivación y el segundo conmutador (52) de derivación conectados en serie, en donde el primer conmutador (51) de derivación tiene una velocidad de conmutación más alta que el segundo conmutador (52) de derivación;
un sistema de medición para medir al menos una cantidad eléctrica relacionada con la segunda conexión (812) de potencia del primer convertidor (81), al menos una cantidad eléctrica relacionada con el sistema (5) de conmutador de derivación, y al menos una cantidad eléctrica relacionada con la conexión (41) de fuente principal; y
un sistema (909) de control adaptado para controlar el sistema convertidor (8) de alimentación de carga y el sistema (5) de conmutador de derivación, estando conectado el sistema (909) de control de forma comunicativa con el sistema de medición,
caracterizado por que la al menos una cantidad eléctrica relacionada con la segunda conexión (812) de potencia del primer convertidor (81) comprende corriente eléctrica y tensión, la al menos una cantidad eléctrica relacionada con el sistema (5) de conmutador de derivación comprende corriente eléctrica, y la al menos una cantidad eléctrica relacionada con la conexión (41) de fuente principal comprende tensión, y
el sistema (909) de control está adaptado para proporcionar una operación de diagnóstico del sistema que comprende:
proporcionar un estado de diagnóstico para el sistema (5) de conmutador de derivación controlando el primer conmutador (51) de derivación a un estado no conductor y controlando el segundo conmutador (52) de derivación a un estado conductor;
durante el estado de diagnóstico del sistema (5) de conmutador de derivación, generando una tensión de diagnóstico en la segunda conexión (812) de potencia del primer convertidor (81), en donde la tensión de diagnóstico es diferente de la tensión relacionada con la conexión (41) de fuente principal; y detectar un incidente de cortocircuito si se cumplen condiciones de fallo predeterminadas, las condiciones de fallo predeterminadas comprenden la corriente eléctrica relacionada con el sistema (5) de conmutador de derivación que excede un valor umbral de cortocircuito predeterminado.
2. Un conjunto de fuente de alimentación según la reivindicación 1, caracterizado por que el primer conmutador (51) de derivación es un conmutador de semiconductores y el segundo conmutador (52) de derivación es un conmutador mecánico.
3. Un conjunto de fuente de alimentación según la reivindicación 2, caracterizado por que el primer conmutador (51) de derivación es un conmutador semiconductor bidireccional.
4. Un conjunto de fuente de alimentación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el sistema de medición está adaptado para medir una corriente eléctrica relacionada con la conexión (71) de carga.
5. Un conjunto de fuente de alimentación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el sistema (909) de control está adaptado para proporcionar una operación normal que comprende suministrar energía a la conexión (71) de carga a través del sistema convertidor (8) de alimentación de carga mientras que el sistema (5) de conmutador de derivación está en un estado no conductor, en donde durante el funcionamiento normal del primer convertidor (81) genera a la segunda conexión (812) de potencia del mismo una tensión normal que es similar a la tensión relacionada con la conexión (41) de la fuente principal.
6. Un conjunto de fuente de alimentación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el sistema convertidor (8) de alimentación de carga comprende un enlace (2) de CC que comprende una capacitancia de enlace de CC, y la primera conexión (811) de potencia del primer convertidor (81) es una conexión de corriente continua conectada eléctricamente al enlace (2 ) de Cc .
7. Un conjunto de fuente de alimentación según la reivindicación 6, caracterizado por que el sistema convertidor (8) de alimentación de carga comprende un segundo convertidor (82) que comprende una primera conexión (821) de potencia y una segunda conexión (822) de potencia, en donde la primera conexión (821) de potencia es una conexión de corriente alterna, y la segunda conexión (822) de potencia es una conexión de corriente continua conectada eléctricamente al enlace (2) de CC.
8. Un conjunto de fuente de alimentación según la reivindicación 7, caracterizado por que la al menos una conexión de corriente alterna del sistema (4) de conexión de fuente comprende una conexión (42) de fuente secundaria adaptada para conectarse a una alimentación (302) de corriente alterna secundaria, y la primera conexión (821) de potencia del segundo convertidor (82) está conectada eléctricamente a la conexión (42) de fuente secundaria.
9. Un conjunto de fuente de alimentación según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, caracterizado por que el sistema (4) de conexión de fuente comprende una conexión (43) de corriente continua adaptada para conectarse a una alimentación (461) de corriente continua, y el sistema convertidor (8) de alimentación de carga comprende un convertidor (83) de corriente continua que comprende una primera conexión (831) de potencia conectada eléctricamente a la conexión (43) de corriente continua, y una segunda conexión (832) de potencia conectada eléctricamente al enlace (2) de CC.
10. Un conjunto de fuente de alimentación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el sistema (909) de control está adaptado para llevar a cabo la operación de diagnóstico del sistema en relación con la puesta en marcha del conjunto (101) de fuente de alimentación, después de controlar el primer conmutador (51) de derivación en el estado no conductor, o periódicamente.
11. Un conjunto de fuente de alimentación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que como respuesta al incidente de cortocircuito detectado, el sistema (909) de control está adaptado para proporcionar al menos una medida de respuesta.
12. Un conjunto de fuente de alimentación según la reivindicación 11, caracterizado por que la al menos una medida de respuesta comprende informar a un usuario del conjunto de fuente de alimentación acerca del incidente de cortocircuito detectado y/o controlar el segundo conmutador (52) de derivación en el estado no conductor.
13. Un conjunto de fuente de alimentación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la tensión de diagnóstico tiene al menos una característica diferente de una característica correspondiente de la tensión relacionada con la conexión (41) de fuente principal, comprendiendo la al menos una característica una amplitud, frecuencia, fase o forma de onda.
14. Un conjunto de fuente de alimentación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el valor umbral de cortocircuito predeterminado está en un intervalo de 1 - 8 % de la corriente nominal de la conexión (71) de carga.
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