ES2924764T3 - Dispositivo de control de inversor - Google Patents

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Abstract

Se proporciona un aparato de control de inversor (2) que controla un inversor (1) interconectado a un sistema de energía de corriente alterna (9). Un condensador (6) está en un lado de corriente alterna del inversor (1). El aparato detecta el voltaje del sistema (Vr) del sistema de alimentación de corriente alterna (9), calcula el valor diferencial del voltaje del sistema detectado (Vr), calcula un valor de instrucción de corriente de corrección (Ic) para corregir un valor de instrucción de corriente (Ir0) configurado para la corriente de salida (Iiv) del inversor (1), basado en el valor diferencial calculado del voltaje del sistema (Vr), corrige el valor de instrucción actual (Ir0) basado en el valor de instrucción de corriente de corrección calculado (Ic), y controla el inversor (1), basado en el valor de instrucción actual corregido (Ir1). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Dispositivo de control de inversor
Campo técnico
La presente invención se refiere a un aparato de control de inversor para controlar un inversor que interconecta con un sistema de potencia de corriente alterna (CA).
Antecedentes de la técnica
Se conoce bien un inversor que interconecta con un sistema de potencia de CA. Hay un caso en el que se proporciona un condensador de CA en el lado de CA del inversor que interconecta con el sistema de CA, para controlar una salida de componente de rizado del inversor.
Cuando la tensión de sistema cae, aumentará la amplitud de una salida de corriente de rizado desde el inversor. Por lo tanto, un relé de sobrecorriente puede realizar una operación de protección para activar de ese modo un disyuntor, aunque la componente de onda fundamental de la corriente de salida del inversor no alcanza un nivel que requiera la operación de protección. Para evitar esto, se da a conocer que un inversor se controla aumentando la frecuencia de una onda portadora cuando se ha detectado una caída en la tensión de sistema (véase el documento de patente 1). De manera similar, se da a conocer que un valor límite para limitar un valor de instrucción de corriente para el inversor se reduce cuando se ha detectado una caída en la tensión de sistema (véase el documento de patente 2). Aún más, se da a conocer que una tensión de corriente continua (CC) aplicada al inversor se aumenta cuando se ha detectado una caída en la tensión de sistema (véase el documento de patente 3). Sin embargo, cuando la tensión de sistema varía de manera abrupta debido a, por ejemplo, fallo del sistema de potencia, el condensador de CA repite la carga y descarga según la variación, con el resultado de que puede emitirse una sobrecorriente desde el inversor. Esta sobrecorriente puede no suprimirse suficientemente y el disyuntor puede activarse, si el inversor se controla después de que el aparato de control de inversor detecta la misma.
[Lista de referencias]
[Documentos de patente]
[Documento de patente 1] WO 2012/114467 A1
[Documento de patente 2] WO 2012/114468 A1
[Documento de patente 3] WO 2012/114469 A1
[Documento de patente 4] “Grid management functions built in PV inverters for distributed power generation”, Electrónica de potencia y Asia ECCE (ICPE&ECCE), 2011.
Sumario de la invención
Un objeto de la presente invención es proporcionar un aparato de control de inversor capaz de suprimir una sobrecorriente debido a un cambio abrupto en la tensión de sistema.
Según un aspecto de la presente invención, se proporciona un aparato de control de inversor que está configurado para controlar un inversor interconectado a un sistema de potencia de corriente alterna, proporcionándose un condensador en un lado de corriente alterna del inversor. El aparato comprende medios de detección de tensión de sistema para detectar una tensión de sistema del sistema de potencia de corriente alterna; medios de diferenciación para calcular un valor diferencial de la tensión de sistema detectada por los medios de detección de tensión de sistema; medios de cálculo de valor de instrucción de corriente de corrección para calcular un valor de instrucción de corriente de corrección para corregir un valor de instrucción de corriente establecido para una corriente de salida del inversor, basándose en el valor diferencial de la tensión de sistema calculado por los medios de diferenciación; medios de corrección de valor de instrucción de corriente para corregir el valor de instrucción de corriente, basándose en el valor de instrucción de corriente de corrección calculado por los medios de cálculo de valor de instrucción de corriente de corrección; y medios de control para controlar el inversor basándose en el valor de instrucción de corriente corregido por los medios de corrección de valor de instrucción de corriente.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 es un diagrama de bloques que muestra la configuración de un sistema fotovoltaico según una primera realización de la invención.
La figura 2 es un gráfico de forma de onda que muestra un cambio en la corriente de salida que se produce cuando la tensión de sistema se reduce bajo el control de un dispositivo de control según la primera realización.
La figura 3 es un gráfico de forma de onda que muestra un cambio en la corriente de salida que se produce cuando la tensión de sistema se aumenta bajo el control del dispositivo de control según la primera realización.
La figura 4 es un gráfico de forma de onda que muestra un cambio en la corriente de salida bajo el control del dispositivo de control según una segunda realización de la invención.
La figura 5 es un gráfico de forma de onda que muestra un cambio en la corriente de salida bajo el control del dispositivo de control según una tercera realización de la invención.
Modo para llevar a cabo la invención
(Primera realización)
La figura 1 es un diagrama de bloques que muestra la configuración de un sistema fotovoltaico 10 según una primera realización de la invención. En los dibujos a continuación, elementos similares se denotan con números de referencia similares, y solo se describirán diferentes elementos, con descripción duplicada omitida adecuadamente.
El sistema fotovoltaico 10 es un sistema de suministro de potencia distribuido que interconecta con un sistema 9 de potencia de corriente alterna (CA) trifásico. El sistema fotovoltaico 10 está conectado al sistema 9 de potencia en un punto de interconexión Pc.
El sistema fotovoltaico 10 comprende un inversor 1, un controlador 2, una matriz fotovoltaica (PV) 3, un condensador de aplanamiento 4, un reactor 5, un condensador 6, un detector 11 de tensión de CC, un detector 12 de corriente de CC, un detector 13 de corriente de CA, un detector 14 de tensión de CA, y un relé 15 de protección contra sobrecorriente.
El relé 15 de protección contra sobrecorriente se proporciona en el lado de CA (lado de salida) del inversor 1. El relé 15 de protección contra sobrecorriente puede proporcionarse en cualquier lugar del sistema fotovoltaico 10 o en el sistema 9 de potencia. Cuando se detecta que la corriente de salida (corriente de sistema) Iiv del inversor 1 pasa a ser una sobrecorriente que excede un valor predeterminado, el relé 15 de protección contra sobrecorriente activa un interruptor para interrumpir la corriente de salida Iiv. Por lo tanto, cuando se hace funcionar el relé 15 de protección contra sobrecorriente, el sistema fotovoltaico 10 detiene el suministro de electricidad al sistema 9 de potencia.
La matriz PV 3 es un agregado de células PV que generan electricidad utilizando energía solar. La matriz PV 3 suministra la potencia de CC generada al inversor 1.
El inversor 1 es un inversor sometido a control de modulación por ancho de pulsos (PWM). El inversor 1 convierte la electricidad, generada por la matriz PV 3, en potencia de Ca que se sincroniza con la tensión de sistema del sistema 9 de potencia, y suministra la misma al sistema 9 de potencia. El inversor 1 se controla por el controlador 2. Más específicamente, un elemento de conmutación que constituye el circuito de conversión de potencia del inversor 1 se acciona por una señal de puerta Gt recibida desde el controlador 2, controlando de ese modo la salida del inversor 1.
El condensador de aplanamiento 4 se proporciona en el lado de CC del inversor 1. El condensador de aplanamiento 4 aplana la potencia de CC suministrada desde la matriz PV 3 al inversor 1.
El reactor 5 y el condensador 6 constituyen un filtro de CA. El filtro de CA controla una salida de componente de rizado del inversor 1.
El detector 11 de tensión de CC detecta una tensión de CC Vdc aplicada al lado de CC del inversor 1. El detector 11 de tensión de CC emite la tensión de CC detectada Vdc como una señal de detección al controlador 2.
El detector 12 de corriente de CC es un detector para medir una entrada de corriente de CC Idc al lado de CC del inversor 1. El detector 12 de corriente de CC emite la corriente de CC detectada Idc como una señal de detección al controlador 2.
El detector 13 de corriente de CA es un detector para medir la corriente de salida Iiv del inversor 1. El detector 13 de corriente de CA emite la corriente de salida detectada Iiv como una señal de detección al controlador 2. El detector 14 de tensión de CA es un detector para medir la tensión de sistema Vr del sistema 9 de potencia. El detector 14 de tensión de CA emite la tensión de sistema detectada Vr como una señal de detección al controlador El controlador 2 controla el inversor 1. Específicamente, el controlador 2 controla la corriente de salida liv del inversor 1 para hacer que siga un valor de instrucción de corriente predeterminado Ir. El controlador 2 comprende una calculadora 21 de potencia, un seguidor de punto de potencia máxima (MPPT) 22, una unidad 23 de control de tensión de CC, una unidad 24 de control de corriente, una unidad 25 de control de PWM, una calculadora 26 de valor de instrucción de corriente de corrección, y un sumador 27.
La calculadora 21 de potencia calcula la potencia de CC Pdc generada por la matriz PV 3 basándose en la tensión de CC Vdc detectada por el detector 11 de tensión de CC y la corriente de CC Idc detectada por el detector 12 de corriente de CC. La calculadora 21 de potencia emite la potencia de CC calculada Pdc al MPPT 22.
El MPPT 22 emite, a la unidad 23 de control de tensión de CC, una señal de aumento/disminución de tensión Vn que indica o bien un aumento o bien una disminución en la tensión de CC, basándose en la potencia de CC Pdc calculada por la calculadora 21 de potencia. Por lo tanto, el MPPT 22 controla la tensión de CC Vdc del inversor 1 para hacer que siga una tensión (tensión de punto de potencia máxima) que siempre proporciona potencia máxima (control de seguimiento de punto de potencia máxima).
La unidad 23 de control de tensión de CC recibe la tensión de CC Vdc detectada por el detector 11 de tensión de CC y la señal de aumento/disminución de tensión Vn determinada por el MPPT 22. La unidad 23 de control de tensión de CC calcula un valor de instrucción de tensión de CC Vdcr como una instrucción para la tensión de CC Vdc según la señal de aumento/disminución de tensión Vn. La unidad 23 de control de tensión de CC emite el valor de instrucción de tensión de CC calculado Vdcr a la unidad 24 de control de corriente.
La calculadora 26 de valor de instrucción de corriente de corrección recibe la corriente de salida Iiv detectada por el detector 13 de corriente de CA y la tensión de sistema Vr detectada por el detector 14 de tensión de CA. La calculadora 26 de valor de instrucción de corriente de corrección calcula un valor de instrucción de corriente de corrección Ic usando la siguiente ecuación. La calculadora 26 de valor de instrucción de corriente de corrección emite el valor de instrucción de corriente de corrección calculado Ic al sumador 27.
Ic = Vr -C ■ s (1)
donde C es la capacitancia del condensador 6, s es el operador de Laplace, y Vr es el valor cuadrático medio de la tensión de sistema.
Es decir, la calculadora 26 de valor de instrucción de corriente de corrección calcula el valor de instrucción de corriente de corrección Ic como el producto de un valor obtenido mediante la diferenciación de la tensión de sistema Vr, y la capacitancia C del condensador 6. El valor de instrucción de corriente de corrección Ic puede calcularse multiplicando el valor, obtenido por la ecuación anterior, por ejemplo, por una ganancia. La capacitancia C está preestablecida en la calculadora 26 de valor de instrucción de corriente de corrección. En el procesamiento de cálculo por un ordenador en el controlador 2, la tensión de sistema Vr es un valor obtenido mediante conversión, para dar un valor cuadrático medio, un valor de toma de muestras (valor instantáneo) de la tensión de sistema Vr detectada en el sistema 9 de potencia.
Al calcular el valor de instrucción de corriente de corrección Ic basándose en el valor obtenido mediante diferenciación de la tensión de sistema Vr, el controlador 2 puede corregir el valor de instrucción de corriente Ir cuando la tensión de sistema Vr comienza a variar. Si la tensión de sistema Vr está en un estado estable (en un estado en el que el valor cuadrático medio de la tensión de sistema Vr es constante), el valor diferencial del valor cuadrático medio de la tensión de sistema Vr es cero, y, por lo tanto, el valor de instrucción de corriente de corrección Ic también es cero. Además, mediante el cálculo del valor de instrucción de corriente de corrección Ic usando la capacitancia C del condensador 6, el valor de instrucción de corriente Ir puede corregirse para compensar aumentos y disminuciones en la corriente de salida Iiv debido a la carga/descarga del condensador 6.
El valor de instrucción de corriente de corrección Ic calculado por la calculadora 26 de valor de instrucción de corriente de corrección se introduce en el sumador 27. El sumador 27 emite, a la unidad 24 de control de corriente, un valor de instrucción de corriente Ir1 obtenido sumando el valor de instrucción de corriente de corrección Ic a un valor de instrucción de corriente preestablecido Ir0. El valor de instrucción de corriente preestablecido Ir0 es el valor de una corriente emitida desde el inversor 1 cuando la tensión de sistema Vr está en un estado estable (en un estado en el que no se realiza correlación de corriente).
La potencia de CC Pdc calculada por la calculadora 21 de potencia, el valor de instrucción de tensión de CC Vdcr calculado por la unidad 23 de control de tensión de CC, y el valor de instrucción de corriente Ir1 corregido por el sumador 27 se introducen en la unidad 24 de control de corriente. La unidad 24 de control de corriente calcula un valor de instrucción de tensión Vivr para controlar la tensión de salida del inversor 1, basándose en la potencia de CC Pdc, el valor de instrucción de tensión de CC Vdcr y el valor de instrucción de corriente Ir1. La unidad 24 de control de corriente calcula un valor de instrucción de tensión Vivr para hacer que la tensión de CC Vdc del inversor 1 siga el valor de instrucción de tensión de CC Vdcr, y hacer que la corriente de salida Iiv del inversor 1 siga el valor de instrucción de corriente Ir1. La unidad 24 de control de corriente emite el valor de instrucción de tensión calculado Vivr a la unidad 25 de control de PWM.
La unidad 25 de control de PWM recibe el valor de instrucción de tensión Vivr calculado por la unidad 24 de control de corriente. La unidad 25 de control de PWM genera una señal de puerta Gt para ajustar la tensión de salida del inversor 1 con respecto al valor de instrucción de tensión Vivr. La señal de puerta Gt acciona un elemento de conmutación que constituye el circuito de conversión de potencia del inversor 1. Por lo tanto, el inversor 1 está controlado por PWM.
Haciendo referencia ahora a las figuras 2 y 3, se proporcionará una descripción de cambios en la corriente de salida Iiv del inversor 1 que se producen bajo el control del controlador 2 cuando la tensión de sistema Vr ha cambiado de manera abrupta. La figura 2 es un gráfico de forma de onda que muestra un cambio en la corriente de salida Iiv cuando ha caído la tensión de sistema Vr. La figura 3 es un gráfico de forma de onda que muestra un cambio en la corriente de salida Iiv cuando ha aumentado la tensión de sistema Vr. En las figuras 2 y 3, el eje horizontal representa el tiempo, y tc1 y tc2 representan los tiempos en los que la tensión de sistema Vr cambia de manera abrupta.
A menos que la correlación basada en el valor de instrucción de corriente de corrección Ic se realice en el tiempo tc1 cuando la tensión de sistema Vr cae de manera abrupta como se muestra en la figura 2, la corriente de salida Iiv0 aumenta de manera abrupta debido a la descarga del condensador 6, como se indica por la línea discontinua. Por el contrario, cuando se realiza la correlación basándose en el valor de instrucción de corriente de corrección Ic, la corriente de salida Iiv cambia poco antes y después del tiempo tc1 incluso si el condensador 6 está descargado, como se indica por la línea continua.
De manera similar, a menos que la correlación basada en el valor de instrucción de corriente de corrección Ic se realice en el tiempo tc2 cuando la tensión de sistema Vr aumenta de manera abrupta como se muestra en la figura 3, la corriente de salida Iiv0 aumenta de manera abrupta debido a la carga del condensador 6, como se indica por la línea discontinua. Por el contrario, si se realiza la correlación basándose en el valor de instrucción de corriente de corrección Ic, la corriente de salida Iiv cambia poco antes y después del tiempo tc2 incluso si el condensador 6 está cargado, como se indica por la línea continua.
En la realización, la corriente de salida Iiv del inversor 1 puede corregirse cuando la tensión de sistema Vr ha comenzado un cambio abrupto, controlando el inversor 1 basándose en el valor diferencial de la tensión de sistema Vr. Como resultado, puede evitarse el funcionamiento innecesario del relé 15 de protección contra sobrecorriente debido al cambio abrupto de la tensión de sistema Vr.
Además, la corriente de salida Iiv del inversor 1, que fluctúa debido a la carga/descarga del condensador 6 realizada según el cambio abrupto de la tensión de sistema Vr, puede suprimirse más eficazmente calculando el valor de instrucción de corriente de corrección Ic para corregir la corriente de salida Iiv del inversor 1, basándose en la capacitancia C del condensador 6.
(Segunda realización)
La figura 4 es un diagrama de bloques que muestra la configuración de un sistema fotovoltaico 10A según una segunda realización de la invención.
El sistema fotovoltaico 10A se obtiene proporcionando además, en el sistema fotovoltaico 10 de la primera realización mostrado en la figura 1, un reactor de interconexión 7 más cercano al sistema 9 de potencia que el reactor 5. La otra estructura del sistema fotovoltaico 10A es similar al sistema fotovoltaico 10 de la primera realización.
Además de las ventajas de la primera realización, la segunda realización es además ventajosa porque el sistema fotovoltaico 10A también puede conectarse al sistema 9 de potencia en el que el reactor de interconexión, por ejemplo, no se proporciona.
(Tercera realización)
La figura 5 es un diagrama de bloques que muestra la configuración de un sistema fotovoltaico 10B según una tercera realización de la invención.
El sistema fotovoltaico 10B se obtiene proporcionando además, en el sistema fotovoltaico 10 de la primera realización mostrado en la figura 1, un transformador de interconexión 8 más cercano al sistema 9 de potencia que el reactor 5. La otra estructura del sistema fotovoltaico 10B es similar al sistema fotovoltaico 10 de la primera realización.
Además de las ventajas de la primera realización, la tercera realización es además ventajosa porque el sistema fotovoltaico 10B también puede conectarse al sistema 9 de potencia en el que el transformador de interconexión, por ejemplo, no se proporciona.
En cada una de las realizaciones anteriores, se han descrito las configuraciones de los sistemas fotovoltaicos. Sin embargo, la invención no se limita a las mismas. Otros sistemas de suministro de potencia distribuida, tales como sistemas de generación de energía eólica y generación de energía hidráulica, pueden construirse como las realizaciones descritas anteriormente.
En cada realización, el controlador 2 puede controlar la corriente de salida Iiv del inversor 1 controlando su componente de potencia activa y componente de potencia reactiva por separado. En este caso, el controlador 2 está configurado para establecer diferentes valores de instrucción, en lugar del valor de instrucción de corriente Ir0, para la componente de potencia activa y la componente de potencia reactiva, y para establecer un factor de potencia. Esta configuración permite que las realizaciones se configuren como se describió anteriormente.
En cada realización, el valor de instrucción de corriente de corrección Ic se calcula usando la ecuación (1). Sin embargo, la invención no se limita a esto. Es suficiente si el valor de instrucción de corriente de corrección Ic se calcula basándose en el valor diferencial de la tensión de sistema Vr. El valor de instrucción de corriente de corrección puede evitar que la corriente de salida Iiv del inversor 1 reaccione rápidamente a un cambio abrupto en la tensión de sistema Vr para convertirse en una sobrecorriente.
En cada realización, se asume que el inversor 1 es un inversor de tipo con rigidez de tensión (del inglés, voltage stiff type inverter). Sin embargo, puede ser un inversor de tipo con rigidez de corriente (del inglés, current stiff type invertir).
Debe observarse que la presente invención no está restringida a las realizaciones anteriores, y los elementos constituyentes pueden modificarse y cambiarse a formas sin apartarse del alcance definido por las reivindicaciones adjuntas.

Claims (3)

REIVINDICACIONES
1. Aparato (2) de control de inversor que está configurado para controlar un inversor (1) interconectado a un sistema (9) de potencia de corriente alterna, proporcionándose un condensador (6) en un lado de corriente alterna del inversor, el aparato caracterizado por comprender:
medios (14) de detección de tensión de sistema para detectar una tensión de sistema del sistema (9) de potencia de corriente alterna;
medios de diferenciación para calcular un valor diferencial de la tensión de sistema detectada por los medios (14) de detección de tensión de sistema;
medios (26) de cálculo de valor de instrucción de corriente de corrección que comprenden un valor de capacitancia preestablecido del condensador para calcular un valor de instrucción de corriente de corrección para corregir un valor de instrucción de corriente establecido para una corriente de salida del inversor (1), basándose en el valor diferencial de la tensión de sistema calculado por los medios de diferenciación y el valor de capacitancia preestablecido del condensador (6);
medios (27) de corrección de valor de instrucción de corriente adaptados para sumar el valor de instrucción de corriente de corrección calculado por los medios (26) de cálculo de valor de instrucción de corriente de corrección a un valor de instrucción de corriente preestablecido (Ir0), por lo que el valor de instrucción de corriente preestablecido es un valor de la salida de corriente desde el inversor cuando la tensión de sistema está en un estado estable, de manera que el valor de instrucción de corriente se corrige para compensar aumentos y disminuciones en la corriente de salida del inversor (1) debido a la carga/descarga del condensador (6) y
medios (25) de control para controlar el inversor (1) basándose en el valor de instrucción de corriente corregido por los medios (27) de corrección de valor de instrucción de corriente.
2. Sistema de suministro de potencia distribuida (10), que comprende:
un inversor (1) interconectado a un sistema (9) de potencia de corriente alterna;
un condensador (6) proporcionado en un lado de corriente alterna del inversor (1);
en el que el sistema de suministro de potencia distribuida comprende además un aparato de control de inversor según la reivindicación 1 que está configurado para controlar el inversor (1).
3. Método de control para controlar un inversor (1) que está interconectado a un sistema (9) de potencia de corriente alterna, proporcionándose un condensador (6) en un lado de corriente alterna del inversor (1), el método de control caracterizado por comprender:
detectar una tensión de sistema del sistema (9) de potencia de corriente alterna;
calcular un valor diferencial de la tensión de sistema detectada;
calcular un valor de instrucción de corriente de corrección para corregir un valor de instrucción de corriente establecido para una corriente de salida del inversor (1), basándose en el valor diferencial calculado y un valor de capacitancia preestablecido del condensador (6);
corregir el valor de instrucción de corriente sumando el valor de instrucción de corriente de corrección calculado a un valor de instrucción de corriente preestablecido (Ir0), en el que el valor de instrucción de corriente preestablecido es un valor de la salida de corriente desde el inversor cuando la tensión de sistema está en un estado estable, de manera que el valor de instrucción de corriente se corrige para compensar aumentos y disminuciones en la corriente de salida del inversor debido a la carga/descarga del condensador (6); y
controlar el inversor (1) basándose en el valor de instrucción de corriente corregido.
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