ES2935923T3 - Sistema convertidor de potencia para fuentes de energía renovables - Google Patents

Abstract

Un sistema convertidor (14) para interconectar fuentes de energía renovable (12) con un bus de distribución de CC (20) comprende una unidad convertidora (18) que comprende un convertidor CC a CC aislado (26) conectable a la fuente de energía renovable (12), y un convertidor de CC a CC no aislado (28) conectable al bus de distribución de CC (20), que está conectado en cascada con el convertidor de CC a CC aislado (26). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema convertidor de potencia para fuentes de energía renovables

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La invención se refiere al campo de la conversión de potencia eléctrica, en concreto, con respecto a las fuentes de energía renovables. Específicamente, la invención se refiere a un sistema convertidor, un sistema convertidor superior, una central eléctrica de energía renovable, así como a un método y a un controlador para operar el sistema convertidor y el sistema convertidor superior.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

En una granja eólica como central eléctrica de energía renovable, los aerogeneradores como fuentes de energía renovable están conectados en varias etapas a una red de distribución de CC de tensión alta. En una primera etapa de nivel de tensión media, cada fuente de energía renovable puede conectarse a través de un convertidor indirecto de CA a CA a un bus de distribución. El generador eólico generalmente se acciona en un modo de operación de velocidad variable, lo que permite una mayor producción de energía, menor estrés mecánico y menor fluctuación de potencia en comparación con un sistema que opera con velocidad constante. En una segunda etapa de tensión alta, uno o más de los buses de distribución están conectados a través de un convertidor de CA a CC a la red de distribución de CC de tensión alta.

Las principales funciones de un convertidor que interconecta un aerogenerador con el bus de distribución son la regulación de la salida del aerogenerador y, al mismo tiempo, la conversión de energía de frecuencia y tensión variables a una de frecuencia y tensión constantes.

Normalmente, el primer convertidor comprende un convertidor de CA a CC del lado de la fuente de energía interconectado, a través de un enlace de CC, a un convertidor de CC a CA del lado del bus. Las estrategias de control para estos convertidores pueden diferir según la aplicación. Por ejemplo, en aplicaciones de red resistente, donde la contribución de la energía eólica en el bus de distribución es pequeña en comparación con la potencia total instalada, el convertidor del lado del bus se usa principalmente para regular la tensión del enlace de CC con el nivel óptimo para el rectificador del lado de la fuente de energía. Al mismo tiempo, la corriente inyectada en el bus de distribución debe cumplir con los estándares relacionados con la distorsión armónica y la calidad de la potencia. Por ejemplo, se puede utilizar un convertidor de tres niveles para realizar dicha tarea. El convertidor de CA a CC del lado de la fuente de energía regula la velocidad del aerogenerador (por ejemplo, un PMG) para lograr la transferencia de energía deseada en las condiciones de viento determinadas. Además, el convertidor de CA a CC puede lograr el punto de operación óptimo para el sistema, teniendo en cuenta que, a una velocidad del viento determinada, la máxima eficiencia de conversión de energía de la turbina se produce en una relación óptima entre la velocidad de la punta del rotor de la turbina y la velocidad del viento. Esto significa que, a medida que cambia la velocidad del viento, la velocidad del rotor de la turbina debe cambiar en consecuencia para mantener la relación óptima de conversión de energía de la turbina.

Por otro lado, en aplicaciones donde la contribución de la energía eólica constituye una parte significativa de la potencia instalada y la energía se alimenta a una red débil, las funcionalidades de los convertidores son diferentes. En este caso, el objetivo principal del convertidor del lado del bus es regular la frecuencia y la tensión del bus de distribución. La tensión del enlace de CC la controla el convertidor del lado de la fuente de energía.

Entre el convertidor de CA a CA que interconecta una fuente de energía renovable y la red de distribución, se puede utilizar un transformador de baja frecuencia para elevar la tensión. Se puede usar otro transformador para incrementar la tensión de CA media en el bus de distribución hasta una tensión alta para introducirla en el convertidor de CA a CC antes de que en la red de distribución de CC de tensión alta, lo que rectifica la tensión de CA y controla la tensión de CC que se introducirá en la red de distribución de CC de tensión alta.

Este sistema convertidor puede presentar desventajas tales como la necesidad de varias etapas de conversión, lo que deriva en una menor eficiencia, en costes más altos y en dificultad para cumplir con los estándares del código de red. El uso de transformadores de baja frecuencia puede ser otra desventaja, ya que perjudican al peso, tamaño y densidad de potencia (que pueden ser algunos de los parámetros clave en aplicaciones en alta mar).

Alternativamente, el bus de distribución de CA se puede sustituir por un bus de distribución de CC de tensión media. En este enfoque de CC, la tensión de CA resultante del aerogenerador se rectifica y se eleva a la tensión de CC media. Varias unidades convertidoras de este tipo pueden estar interconectadas con un bus de distribución de CC. Así, se puede utilizar otro convertidor de CC a CC para la conexión a la red de distribución de CC de tensión alta. El principal beneficio de dicho enfoque puede ser la simplificación de la conexión de varias unidades convertidoras al bus de distribución de CC y la ventaja de conectar un bus de distribución de CC de tensión media a una red de distribución de CC de tensión alta. Sin embargo, este enfoque todavía presenta algunos problemas, como la necesidad de disponer de disyuntores y limitadores de corriente rápidos que protejan las unidades convertidoras conectadas a los aerogeneradores en condiciones de cortocircuito y sobrecorriente. Así mismo, el convertidor de CC a CC suele comprender también varias etapas de convertidor de CC a CC aisladas en cascada.

Por ejemplo, el documento EP 2341 594 A1 describe un sistema de recopilación y transmisión de energía, que utiliza convertidores de CC a CC aislados para conectar aerogeneradores a una red de distribución de tensión alta en dos etapas aisladas.

El documento WO 2011/029566 A1 muestra otro ejemplo de un sistema de dos etapas con bus de distribución de CC intermedio para introducir cargas eléctricas.

El documento US 2010/0156189 A1 se refiere a la recopilación de potencia eléctrica de fuentes de energía renovables y muestra otro ejemplo de cómo se pueden usar convertidores de CC a CC aislados para conectar aerogeneradores a una red de distribución.

El documento "Design of DC Architecture for Large-Scale Non-Grid-Connected Wind Power Generation System", POWER AND ENERGY ENGINEERING CONFERENCE, 2009. APPEEC 2009. ASIA-PACIFIC, IEEE, PISCATAWAY, NEW JERSEY, EE. UU., 27 de marzo de 2009 (2009-03-27), páginas 1-5, divulga un nuevo parque eólico en alta mar a gran escala con arquitectura de CC integrada en las industrias de alto consumo de energía para los sistemas de generación de potencia eólica no conectados a la red.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

Un objetivo de la invención es reducir los costes de una central eléctrica de energía renovable para mejorar la eficiencia de dicha central eléctrica y optimizar el control de los convertidores de dicha central eléctrica.

Este objetivo se consigue mediante la materia objeto de las reivindicaciones independientes. Otras realizaciones ilustrativas son evidentes a partir de las reivindicaciones dependientes y la siguiente descripción.

Un primer aspecto de la invención se refiere a un sistema convertidor para interconectar fuentes de energía renovable con un bus de distribución de CC que se encuentra al menos en el nivel de tensión media. Las fuentes de energía renovable pueden generar una tensión de salida de CA (por ejemplo, aerogeneradores) o una tensión de salida de CC (por ejemplo, módulos fotovoltaicos), cuya tensión de salida se puede convertir en una tensión de CC que se envía a un bus de distribución de CC. El bus de distribución de CC puede ser una parte interna de una central eléctrica a la que pertenezca el sistema convertidor y/o puede estar directamente interconectado con una red de distribución de CC. También es posible que el bus de distribución de CC y la red de distribución de CC a gran escala estén interconectados indirectamente por otros convertidores de CC a CC. El término "tensión media" se refiere, con anterioridad y en lo sucesivo, a tensiones por encima de una tensión baja. De acuerdo con la norma IEEE-141, el término "tensión baja" se utiliza en esta aplicación para indicar tensiones por debajo de 600 V. Por lo tanto, tensión media se refiere a tensiones por encima de 600 V, por ejemplo, a tensiones de 650 V, 700 V o superiores. La tensión media, tal y como se utiliza en esta solicitud, no incluye tensiones de hasta 50 kV.

La expresión "sistema convertidor para interconectar fuentes de energía renovable con un bus de distribución de CC que se encuentre al menos en el nivel de tensión media" se refiere, con anterioridad y en lo sucesivo, a un sistema convertidor, sistema convertidor que es capaz de interconectar una fuente de energía renovable a un bus de distribución de CC de tensión media. Un "sistema convertidor para interconectar fuentes de energía renovable con un bus de distribución de CC que se encuentre al menos en tensión media" no implica la presencia de un bus de distribución de CC ni especifica un nivel de tensión de cualquier bus de distribución de CC presente. Es una característica funcional de la unidad convertidora. Esta define su capacidad para conectar una fuente de energía renovable a un bus de distribución de CC a nivel de tensión media o cualquier bus a un nivel de tensión superior a la tensión media, por ejemplo, un bus de distribución de CC a nivel de tensión alta.

Según la invención, el sistema convertidor es un sistema convertidor de interconexión y comprende una unidad convertidora para interconectar una fuente de energía renovable con el bus de distribución de CC, en donde la unidad convertidora comprende un convertidor de CC a CC aislado que se puede conectar a la fuente de energía renovable y un convertidor de CC a CC no aislado que se puede conectar al bus de distribución de CC, que está conectado en cascada con el convertidor de CC a CC aislado. El convertidor de CC a CC aislado puede comprender un convertidor de CC a CA conectado a través de un transformador a un convertidor de CA a CC. El convertidor de CC a CC no aislado es un convertidor reductor, un convertidor elevador o un convertidor elevador/reductor.

El sistema convertidor de interconexión comprende además un controlador adaptado para: controlar el convertidor de CC a CC aislado en lazo abierto y controlar el flujo de potencia de la unidad convertidora con el convertidor de CC a CC no aislado.

El término "convertidor de CC a CC aislado" se refiere, con anterioridad y en lo sucesivo, a un convertidor de CC a CC que comprende un elemento de aislamiento galvánico, tal como un transformador de aislamiento galvánico. En un "convertidor de CC a CC aislado", este elemento de aislamiento galvánico permite la transferencia de energía pero prohíbe una vía de conducción directa entre la entrada y la salida.

El término "transformador de CC a CC no aislado" se refiere, con anterioridad y en lo sucesivo, a un convertidor de CC a CC, convertidor en el que la entrada y la salida no están galvánicamente aisladas entre sí.

Según la invención, el bus de distribución de CC es un bus de distribución de CC a nivel de tensión media.

Según una realización preferida de la invención, el nivel de tensión del bus de distribución de CC está entre 10 kV y 50 kV.

Según una realización de la invención, la fuente de energía renovable es una fuente de energía de tensión baja, tal como una central solar o cualquier otra central de energía renovable.

Según una realización de la invención, la fuente de energía renovable es una fuente de energía de tensión media, tal como una central eólica, una central solar o cualquier otra central de energía renovable.

Según una realización preferida de la invención, el nivel de tensión de la fuente de energía renovable está entre 600 V y 10 kV. Dicho de otra forma, una unidad convertidora, que puede verse como un convertidor de CC a CC modular aislado (que comprende un convertidor de CC a CC aislado y no aislado), se utiliza para interconectar, por ejemplo, un aerogenerador a un bus de distribución de CC, por ejemplo, a nivel de tensión media. Esta unidad convertidora se puede utilizar para realizar la extracción de energía en el punto de máxima potencia de la fuente renovable, ya que los dos convertidores de CC a CC pueden controlarse independientemente uno del otro. Por ejemplo, el convertidor no aislado puede utilizarse para controlar el flujo de potencia entre la fuente de energía renovable y el bus de distribución y el convertidor aislado puede controlarse en lazo abierto (con una frecuencia de conmutación constante). Debido a estas razones, el transformador que proporciona el aislamiento galvánico del convertidor aislado puede construirse para frecuencias más altas y una eficiencia óptima y, por lo tanto, puede ser más ligero y económico.

En resumen, debido al convertidor de CC a CC no aislado, se puede eliminar un segundo juego de transformadores, lo que puede derivar en la reducción del peso, el tamaño y el espacio que ocupe la instalación en total. Por ejemplo, en instalaciones de energía renovable en alta mar, el espacio es muy limitado y, por lo tanto, el tamaño, el peso y el espacio que ocupan pueden ser métricas extremadamente importantes. Mediante el uso de un transformador de frecuencia media dentro del convertidor de CC a CC aislado en el interior de una unidad convertidora, se puede conseguir un ahorro significativo en peso y tamaño, por ejemplo, que deriva en que se pueda instalar directamente dentro de una góndola de un aerogenerador.

La expresión "conectado/a en cascada" significa que las salidas de una primera parte del sistema convertidor están conectadas a las entradas de una segunda parte del sistema convertidor. Por ejemplo, las dos salidas del convertidor de CC a CC aislado están conectadas a las entradas del convertidor de CC a CC no aislado.

Según una realización de la invención, la unidad convertidora comprende al menos dos celdas de convertidor, comprendiendo cada celda de convertidor un convertidor de CC a CC aislado conectado en cascada a un convertidor de CC a CC no aislado. Las entradas de los convertidores de CC a CC aislados se conectan en paralelo a la fuente de energía renovable y las salidas de los convertidores de CC a CC no aislados se conectan en serie entre las líneas del bus de distribución de CC. Las celdas de convertidor pueden verse como submódulos o subconvertidores de la unidad convertidora. Estos submódulos se conectan en paralelo en el lado de la fuente de energía renovable y en serie en el lado del bus de distribución. La conexión en serie en el lado del bus de distribución hace posible convertir la tensión de salida de CC de la unidad convertidora en un múltiplo de la tensión de entrada de CC. Con el convertidor de CC a CC aislado, cada celda de convertidor comprende un aislamiento galvánico que puede proporcionarse a través de un transformador.

Según una realización de la invención, el sistema convertidor de interconexión también comprende al menos dos unidades convertidoras conectadas en paralelo al bus de distribución de CC, siendo cada unidad convertidora conectable a una fuente de energía renovable. De este modo, el sistema convertidor puede comprender una pluralidad de unidades convertidoras conectadas en paralelo y cada unidad convertidora puede comprender una pluralidad de celdas de convertidor, las cuales están conectadas en paralelo en el lado de la fuente de energía y en serie en el lado del bus de distribución de CC.

Según una realización de la invención, el convertidor de CC a CC aislado comprende un primer convertidor de CC a CA, un transformador y un segundo convertidor de CA a CC, que están conectados en cascada. El transformador puede proporcionar el aislamiento galvánico y puede usarse para elevar o reducir la tensión de la fuente de energía.

Según una realización de la invención, la unidad convertidora comprende un convertidor de CA a CC para conectar una fuente de potencia de CA al convertidor de CC a CC aislado. En el caso de un aerogenerador, que normalmente genera una tensión de salida de CA, esta tensión de salida de CA puede rectificarse antes de la entrada al convertidor de CC a CC aislado.

Según una realización de la invención, la unidad convertidora comprende un convertidor de CC a CC para conectar una fuente de potencia de CC al convertidor de CC a CC aislado. Dicha fuente de potencia de CC puede ser un módulo fotovoltaico.

Tal y como ya se ha mencionado, el convertidor de CC a CC no aislado es un convertidor reductor, un convertidor elevador o un convertidor elevador/reductor. Un convertidor reductor y/o elevador puede comprender dos conmutadores semiconductores conectados en serie entre dos primeras salidas. Una segunda salida está conectada a un punto intermedio entre los dos conmutadores semiconductores a través de un inductor y una segunda salida puede conectarse directamente a una de las primeras salidas. Se puede conectar un condensador entre las dos segundas salidas.

Según la invención, un sistema convertidor superior, que es un sistema convertidor de central eléctrica, comprende al menos dos buses de distribución de CC, estando cada bus de distribución de CC conectado a un sistema convertidor de interconexión tal como se describe con anterioridad y en lo sucesivo. La unidad convertidora del sistema convertidor de interconexión respectivo está adaptada para interconectar una o más fuentes de energía renovable al bus de distribución de CC respectivo que se encuentre al menos en un nivel de tensión media. Cada bus de distribución de CC está conectado a un primer lado de un convertidor de CC a CC del lado de la red no aislado del respectivo sistema convertidor de interconexión. Los segundos lados de los convertidores de CC a CC del lado de la red no aislados de los sistemas convertidores de interconexión están conectados en serie entre las líneas de una red de distribución de CC. Cabe señalar que el convertidor de CC a CC no aislado interconectado entre la fuente de energía renovable y el bus de distribución de CC puede verse como un convertidor de CC a CC del lado de la fuente de energía, mientras que el convertidor de CC a CC no aislado entre el bus de distribución de CC y la red de distribución de CC es un convertidor de CC a CC del lado de la red.

Según una realización de la invención, el nivel de tensión de la red de distribución de CC es mayor que el nivel de tensión del bus de distribución de CC.

Según una realización de la invención, la red de distribución de CC es una red de distribución de CC de tensión alta.

El término "tensión alta" se refiere, con anterioridad y en lo sucesivo, a tensiones iguales o por encima de 50 kV. La tensión alta se especifica únicamente por el límite de tensión inferior y no establece un límite superior. La tensión alta, tal y como se utiliza en esta solicitud, incluye lo que otras referencias pueden denominar tensión ultra alta o extra alta, por ejemplo, de 500 kV, 700 kV y tensiones superiores.

Con los convertidores del lado de red conectados en serie, la tensión media (por ejemplo, hasta 20 kV o 30 kV) de los buses de distribución puede convertirse, por multiplicación, en tensión alta (por ejemplo, hasta 100 kV o más) de la red de distribución de CC.

Con el sistema convertidor superior, se pueden eliminar los transformadores, que suelen ser pesados y caros, por ejemplo, los transformadores de baja frecuencia y/o un segundo juego de transformadores de media frecuencia aislados.

Otro aspecto de la invención se refiere a una central eléctrica de energía renovable. Por ejemplo, la central eléctrica puede ser un parque eólico o una granja eólica (en alta mar) o puede ser una estación fotovoltaica.

Según la invención, la central eléctrica de energía renovable comprende al menos una fuente de energía renovable y un sistema convertidor de interconexión o un sistema convertidor de central eléctrica, como se describe con anterioridad y en lo sucesivo, para interconectar la fuente de energía renovable a una red de distribución de energía de CC. La red de distribución de energía de CC puede ser una red de distribución a gran escala y/o una red de distribución de tensión alta (por ejemplo, adaptada para transmitir potencia eléctrica con más de 100 kV).

Según una realización de la invención, la al menos una fuente de energía renovable comprende al menos uno de un aerogenerador y un módulo fotovoltaico. La central eléctrica de energía renovable puede comprender una pluralidad de fuentes de energía renovable, cada una de las cuales está conectada a una unidad convertidora, que interconecta la fuente de energía renovable respectiva con un bus de distribución de CC. El sistema convertidor superior se puede utilizar para conectar granjas eólicas en alta mar con una red de distribución principal. Sin embargo, el sistema convertidor superior también se puede utilizar con otras fuentes de energía renovable, como grandes centrales de energía fotovoltaica que, por naturaleza, son fuentes de CC.

Otro aspecto de la invención se refiere a un método de operación de un sistema convertidor, que realiza un controlador del sistema convertidor. En concreto, la unidad convertidora puede comprender un convertidor de CA a CC conectado directamente a un generador eólico y conectado por el otro lado a al menos dos celdas de convertidor conectadas en paralelo, cada una de las cuales comprende un primer convertidor de CC a CC aislado y un segundo convertidor de CC a CC no aislado que están conectados en cascada.

En primer lugar, el convertidor de CA a CC puede controlar la frecuencia y la tensión del generador eólico.

En segundo lugar, el primer convertidor de CC a CC aislado puede transformar una tensión de CC del lado del generador en una tensión de CC en el lado de distribución. Esto se puede conseguir mediante un transformador de CC a CC aislado (y su relación de transformación) y/o mediante una conexión de paralelo a serie de las celdas de convertidor.

En tercer lugar, el segundo convertidor de CC a CC no aislado controla la tensión del enlace de CC del lado de distribución generado por el primer convertidor de CC a CC mediante el control del flujo de potencia.

Según la invención, el método comprende: controlar el primer convertidor de CC a CC aislado en lazo abierto; y controlar un flujo de potencia de la unidad convertidora con el segundo convertidor de CC a CC no aislado. De esta forma, el primer convertidor de CC a CC aislado puede usarse simplemente para transformar la tensión a un nivel más alto y/o puede operar a frecuencia constante, lo que puede mejorar la eficiencia del primer convertidor de CC a CC aislado.

Según una realización de la invención, el método comprende, además: controlar un convertidor de CA a CC que interconecta una fuente de energía renovable y el primer convertidor de CC a CC aislado, de manera que se optimice un punto de operación de la fuente de energía renovable. El segundo convertidor de CC a CC no aislado puede usarse solo para controlar la tensión de salida del convertidor de CA a CC (por ejemplo, a través del convertidor de CC a CC aislado en un enlace de CC entre estos dos convertidores). De esta forma, los dos objetivos de control pueden conseguirse con dos convertidores diferentes, lo que puede minimizar las pérdidas y puede mejorar la potencia extraída de la fuente de energía renovable. Así mismo, se puede utilizar un transformador más pequeño y económico para el convertidor aislado.

Debido a los dos convertidores de CC a CC separados, es posible la máxima extracción de potencia de las fuentes de energía renovables (eólica, fotovoltaica, etc.) en el punto de operación óptimo.

Según una realización de la invención, el método comprende, además: detectar una falla en la unidad convertidora; abrir un conmutador que interconecta la unidad convertidora con el bus de distribución de CC cuando se detecta la falla; después de detectar la falla, modular un convertidor de CC a CC no aislado para que se reduzca la corriente y/o la tensión de la unidad convertidora antes de que se abra el conmutador. El convertidor no aislado se puede utilizar para limitar los cortocircuitos y proteger contra sobrecargas el sistema convertidor. Dado que el convertidor no aislado comprende conmutadores semiconductores que reaccionan rápido en comparación con un conmutador mecánico, el convertidor no aislado puede usarse para limitar tensiones y corrientes antes de que se abra el conmutador (relativamente lento). La limitación de cortocircuitos y sobrecorriente en el nivel de CC de tensión alta puede integrarse en el sistema convertidor.

Como ya se ha descrito, cada unidad convertidora puede comprender submódulos que están conectados en paralelo en el lado de la fuente de energía y en serie en el lado del bus de distribución.

Según una realización de la invención, el método se refiere a un sistema convertidor de interconexión que forma parte de un sistema convertidor de central eléctrica como el descrito con anterioridad y en lo sucesivo, comprendiendo el método, además: el ancho de pulso que modula los segundos convertidores de CC a CC no aislados con patrones de pulsos desfasados, de manera que las distorsiones de tensión generadas en el bus de distribución de CC tengan frecuencias más altas que los patrones de pulsos. Los convertidores de CC a CC del lado del bus de distribución conectados en serie se pueden conmutar de tal manera que sus instantes de conmutación se desplacen (estén desfasados) entre sí. Estas distorsiones de tensión provocadas por la conmutación tienen una frecuencia más alta y, por ejemplo, pueden filtrarse más fácilmente.

Como ya se ha descrito, los buses de distribución de CC se pueden conectar, a través de convertidores de CC a CC del lado de la red, a una red de distribución. Estos convertidores también pueden ser convertidores reductores, convertidores elevadores o convertidores reductores/elevadores conectados en serie en un lado.

Según una realización de la invención, el método comprende, además: el ancho de pulso que modula el lado de la red, convertidores de CC a CC no aislados con patrones de pulsos desfasados, de manera que las distorsiones de tensión generadas en la red de distribución de CC tengan frecuencias más altas que los patrones de pulsos. El convertidor de CC a CC no aislado del lado de la red también puede operar como el convertidor de CC a CC aislado del lado de la fuente de energía para reducir la distorsión armónica.

Según una realización de la invención, el método comprende, además: detectar una falla en el sistema convertidor superior y/o en el sistema convertidor y/o en la unidad convertidora; abrir un conmutador que interconecta la unidad convertidora con el bus de distribución de CC cuando se detecta la falla; después de detectar la falla, modular un convertidor de CC a CC no aislado para que se reduzca la corriente y/o la tensión de la unidad convertidora antes de que se abra el conmutador. El convertidor no aislado se puede utilizar para limitar los cortocircuitos y proteger contra sobrecargas el sistema convertidor. Dado que el convertidor no aislado comprende conmutadores semiconductores, que reaccionan rápido en comparación con un conmutador mecánico, el convertidor no aislado puede usarse para limitar tensiones y corrientes antes de que se abra el conmutador (relativamente lento). La limitación de cortocircuitos y sobrecorriente en el nivel de CC de tensión alta puede integrarse en el sistema convertidor.

Otro aspecto de la invención se refiere a un controlador para un sistema convertidor de interconexión o un sistema convertidor de central eléctrica, que está adaptado para realizar el método como se describe con anterioridad y en lo sucesivo. Por ejemplo, el método puede implementarse en hardware (en un DSP o FPGA) o en software. En este último caso, el controlador puede comprender un procesador para ejecutar un programa informático que implemente el método.

Debe entenderse que las características del método descrito con anterioridad y en lo sucesivo pueden ser características del sistema convertidor, el sistema convertidor superior, la central eléctrica de energía renovable y el controlador como se describe con anterioridad y en lo sucesivo, y viceversa.

En resumen, el sistema convertidor de central eléctrica puede verse como un sistema de recopilación de energía renovable de CC configurado para conectar una pluralidad de fuentes de energía renovable a un sistema de transmisión de CC de tensión alta (es decir, una red de distribución de CC de tensión alta). El sistema convertidor de central eléctrica puede ser un sistema multietapa con un convertidor de CC a CC de tensión media aislado galvánicamente que permite la máxima extracción de energía de las fuentes de energía renovables. Es posible conectar un bus de distribución de CC de tensión media a una red de distribución de CC de tensión alta con un número reducido de etapas de conversión de energía en comparación con los sistemas colectores de CA a CA mencionados con anterioridad y los sistemas colectores de CA a CC que utilizan una pluralidad de convertidores de CC a CC aislados en cascada. No es necesario utilizar transformadores de baja frecuencia para realizar la interconexión. El sistema convertidor de interconexión y el sistema convertidor de central eléctrica y el método de control no solo pueden aumentar la eficiencia del sistema de distribución/transmisión de potencia, sino que también pueden permitir la operación de la fuente de energía renovable en un punto de operación nominal. El diseño topológico del sistema convertidor de interconexión (unidades convertidoras en paralelo con celdas de convertidor en paralelo) puede permitir una fácil escalabilidad y adaptación de las tensiones de salida/entrada, lo que puede aumentar la modularidad del sistema convertidor de interconexión.

Estos y otros aspectos de la invención se pondrán de manifiesto y se aclararán con referencia a las realizaciones descritas a continuación.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La materia objeto de la invención se explicará con más detalle en el siguiente texto haciendo referencia a realizaciones ilustrativas que se ilustran en los dibujos adjuntos.

La figura 1 muestra esquemáticamente una central eléctrica de energía renovable según una realización de la invención.

La figura 2 muestra esquemáticamente una unidad convertidora para un sistema convertidor según una realización de la invención.

La figura 3 muestra esquemáticamente una celda de convertidor de la unidad convertidora de la figura 2.

La figura 4 muestra un diagrama de flujo de un método para controlar un sistema convertidor superior según una realización de la invención.

La figura 5 muestra un diagrama que ilustra patrones de pulsos desfasados para el método de la figura 4.

La figura 6 muestra un diagrama que ilustra la ganancia de un convertidor de CC a CC para la celda de convertidor de la figura 3.

La figura 7 muestra un diagrama que ilustra la trayectoria de la potencia de un generador de energía eólica de la central eléctrica de la figura 1.

La figura 8 muestra otra realización de una central eléctrica de energía renovable según una realización de la invención.

Los símbolos de referencia usados en los dibujos y sus significados se enumeran de forma resumida en la lista de símbolos de referencia. En principio, en las figuras se proporcionan los mismos símbolos de referencia a las partes que son iguales.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE REALIZACIONES ILUSTRATIVAS

La figura 1 muestra una central eléctrica de energía renovable que comprende una pluralidad de fuentes de energía renovable 12 en forma de aerogeneradores (turbinas eólicas). Las fuentes de energía renovable 12 están conectadas a través de un sistema convertidor superior 11 a una red de distribución de tensión alta 16.

En una primera etapa de tensión media, cada fuente de energía renovable 12 está conectada a través de una unidad convertidora 18 a un bus de distribución 20 a nivel de tensión media. En una segunda etapa de tensión alta, el sistema convertidor superior 11 comprende una pluralidad de buses de distribución 20, que están conectados a través de convertidores de CC a CC del lado de la red 22 a la red de distribución de tensión alta 16.

Cada unidad convertidora 18 comprende un convertidor de CA a CC 24, un convertidor de CC a CC aislado 26 y un convertidor de CC a CC no aislado 28, que están conectados en cascada.

El convertidor de CA a CC 24 se utiliza para convertir una tensión de CA de un aerogenerador 12 en una tensión de CC que se introduce en el convertidor de CC a CC aislado 26 y puede omitirse en caso de que sea una fuente de energía renovable que proporcione tensión de CC, como un módulo fotovoltaico. En este caso, el convertidor de CA a CC 24 también se puede sustituir por un convertidor de CC a CC no aislado, también para conseguir la operación en el punto de máxima potencia del sistema fotovoltaico. El convertidor de CA a CC 24 puede ser un rectificador de diodo multifásico simple o un rectificador activo con una estructura de dos niveles, tres niveles o multinivel.

El convertidor de CA a CC 24 permite que los aerogeneradores 12 se accionen a la velocidad de máxima eficiencia o máxima transferencia de potencia en todas las condiciones (velocidad del viento, irradiación, etc.). Se puede lograr el seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT) que maximiza la eficiencia del sistema convertidor 14.

Los convertidores de CC a CC 26, 28 se utilizan para regular la tensión de salida del convertidor de CA a CC 24 controlando la potencia suministrada a la carga. Además, estos se utilizan para aumentar la tensión desde la salida del convertidor de CA a CC del generador 24 (que puede ser de tensión baja o media) a la tensión media deseada del bus de distribución 20, donde se recoge la energía procedente de diferentes aerogeneradores 12. Una tensión media de CC puede extenderse hasta 50 kV considerando que un intervalo de tensión media de CA llega hasta 36 kV.

Los convertidores de CC a CC 26, 28 pueden conectarse a través de un conmutador de protección 30 al bus de distribución 20.

El sistema convertidor superior 11 comprende además un controlador 32 para controlar los convertidores 24, 26, 28 y 22.

La figura 2 muestra una unidad convertidora 18 (sin el convertidor de CA a CC 24) con más detalle. La unidad convertidora 18 comprende una pluralidad de celdas de convertidor 34 (o submódulos convertidores/bloques de construcción), que por el lado de la fuente de energía renovable 12 están conectados en paralelo y por el lado del bus de distribución 20 están conectados en serie. El número de celda de convertidor 34 conectadas en serie en el lado del bus de distribución puede depender del nivel de tensión del bus de distribución y/o de la capacidad de tensión de los dispositivos semiconductores de potencia. Las unidades convertidoras 18 también pueden colocarse en paralelo respecto a una fuente de energía 12 dependiendo de la potencia requerida. Por el lado de la fuente de energía, las celdas de convertidor 34 se pueden conectar en serie/paralelo para hacerse cargo de la potencia y la tensión de salida del convertidor de CA a CC 24.

Cada celda de convertidor 34 comprende un primer enlace de CC 36, un convertidor de CC a CC aislado 26, un segundo enlace de CC 39 y un convertidor de CC a CC no aislado 28 (todos conectados en cascada).

El convertidor de CC a CC aislado 26 comprende un convertidor de CC a CA 38, un transformador de frecuencia media 40 y un convertidor de CA a CC 42 (conectado en cascada). Por ejemplo, el convertidor de CC a CC aislado 26 puede ser un convertidor resonante LLC. En general, el convertidor de CC a CC aislado 26 se puede configurar usando una estructura de semipuente, de puente completo, de tres niveles o multinivel. Además, el procesamiento de potencia se puede realizar en un modo resonante o PWM. Sin embargo, se presentan ciertas ventajas evidentes, tales como bajas pérdidas por conmutación, cuando el procesamiento de potencia se realiza en modo resonante. Así mismo, para obtener la máxima eficiencia, el convertidor de CC a CC 26 opera en lazo abierto en el punto en el que se obtiene la máxima eficiencia en el convertidor 26.

El convertidor de CC a CC aislado 26 solo puede proporcionar el aislamiento de la celda de convertidor 34, lo que a su vez permite que la conexión en serie de las celdas de convertidor 34 alcance el nivel de tensión media. Además, el convertidor de CC a CC 28 se puede utilizar para controlar la tensión de salida del convertidor de CA a CC 24.

El convertidor de CC a CC no aislado 28 se utiliza para regular la potencia suministrada a la carga y para proteger el sistema convertidor 14 y el sistema convertidor superior 11 contra condiciones de sobrecarga y cortocircuito, como se explicará más adelante.

Así mismo, la operación de cada celda de convertidor 34 puede cambiar de fase para proporcionar cancelación de ondulación en los filtros de entrada y salida.

La figura 3 muestra un ejemplo de una celda de convertidor 34. Los convertidores 38, 42 se pueden conformar con semipuentes en paralelo a los enlaces de CC 36, 39. Los puntos medios de los semipuentes están acoplados por el transformador 40. En general, el convertidor 28 puede ser un convertidor reductor, un convertidor elevador o un convertidor elevador/reductor.

La figura 4 muestra un diagrama de flujo para un método de control del sistema convertidor superior 11 que puede ejecutar el controlador 32. En general, el controlador 32 mide corrientes y/o tensiones en el sistema convertidor superior 11 y controla los convertidores 22, 24, 26, 28 en función de estas mediciones.

El controlador 32 puede comprender componentes centrales y/o locales y/o puede controlar los convertidores 22, 24, 26, 28 en paralelo.

En el paso S10, los convertidores de CA a CC 24 se controlan de manera que se optimiza un punto de operación de la respectiva fuente de energía renovable 12.

En el paso S12, los convertidores de CC a CC aislados 26 se controlan en lazo abierto en el punto de operación diseñado.

En el paso S14, los convertidores de CC a CC no aislados del lado del bus de distribución 28 se controlan de tal manera que se logra una tensión de enlace de CC deseada 39 a través del control del flujo de potencia de la respectiva celda de convertidor 34.

En el paso S16, los convertidores de CC a CC no aislados del lado de la red 22 se controlan de manera que se consigue la tensión de salida deseada de 22 como una fracción de la tensión total de la red 16.

Con respecto a los pasos S14 y S16, los convertidores 28 conectados en serie por sus salidas entre las líneas del bus de distribución de CC 20 de una unidad convertidora 18 y/o los convertidores 22 conectados en serie entre las líneas de la red de distribución de CC 16 pueden modularse por ancho de pulso.

La figura 5 muestra un diagrama con señales de modulación por ancho de pulso o patrones de pulsos 44 de tres convertidores 22 o 28. Los patrones de pulsos 44 están desfasados entre sí, de tal manera que las distorsiones de corriente 46 generadas en el bus de distribución de CC 20 o la red de distribución 16 tienen frecuencias más altas que los patrones de pulsos 44, como se indica en la figura 5. En general, el aumento de frecuencia de las distorsiones de corriente 46 es proporcional al número de convertidores. Por ejemplo, con tres convertidores, la frecuencia de la curva 46 es tres veces la frecuencia de los patrones de pulsos 44. También la ondulación de la distorsión de corriente 46 puede tener otra forma, por ejemplo, puede ser triangular en lugar de sinusoidal.

En concreto, los convertidores de CC a CC conectados en serie 28 y/o 22 operan con un ángulo de cambio de fase (operación intercalada) para proporcionar cancelación de ondulación en el nivel de CC de tensión media y/o de CC de tensión alta. Como resultado, los convertidores de CC a CC 28, 22 pueden operar a baja frecuencia de conmutación, reduciendo las pérdidas por conmutación en los convertidores 28, 22 y aun así con requisitos de filtro pequeño. Así mismo, el intercalado permite la operación de los convertidores 28, 22 en modo de conducción discontinua o modo de conducción crítica, eliminando las pérdidas de recuperación inversa en los convertidores 28, 22 y, al mismo tiempo, garantizando unos requisitos de filtrado reducido.

Tal y como ya se ha mencionado, los convertidores 26 se controlan en lazo abierto. A modo de ejemplo, la figura 6 muestra las características de ganancia de CC de un convertidor resonante LLC 26. En este diagrama, cada curva 48 representa una característica de carga desde la condición sin carga hasta la de sobrecarga. En el diagrama, la frecuencia de conmutación normalizada se representa en el eje horizontal y la ganancia de CC en el eje vertical.

También se indican tres posibles condiciones de operación del convertidor: luz (50a), nominal (50b) y sobrecarga (50c). Estos puntos de operación están definidos por las características de ganancia de CC del convertidor 26, la tensión de entrada (tensión del rectificador del convertidor de CA a CC 24) y la tensión de salida (CC de tensión media en el bus de distribución 20). Por simplificar, se puede considerar el colector de CC de tensión media 20 como una fuente de tensión rígida que varía lentamente de acuerdo con la energía generada por los aerogeneradores 12 y la carga demandada de la red 16. Si la tensión de salida 36 del convertidor de CA a CC 24 no estuviera estrictamente regulada mientras sigue el punto de máxima potencia del generador de energía eólica 12, el convertidor de CC a CC aislado 26 normalmente se moverá alrededor del punto de operación nominal 50b. Como puede verse, puede aparecer fácilmente una pequeña variación lejos del punto 50b en una condición de sobrecarga 50c. En el caso 50c, la fracción de tensión media de CC que aparece en el enlace de CC 39 del convertidor de CC a CC aislado 26 es menor que la tensión 36 en los terminales de salida del convertidor de CA a CC 24. La gravedad de la condición de sobrecarga estará determinada por la diferencia entre estas tensiones. Además, cualquiera puede darse cuenta de que, si se utiliza en un punto de operación 50b, el intervalo operativo del convertidor es bastante estrecho, aunque muy eficiente.

De este modo, el convertidor de CC a CC aislado 26 de cada unidad convertidora 18 se controla en lazo abierto en el punto de funcionamiento 50b. Para conseguir la ganancia de tensión deseada, se controla, en consecuencia, el convertidor de CC a CC 28.

Como se describió con anterioridad, en el paso S10, el convertidor de CA a CC 24 conectado al aerogenerador 12 controla la tensión del generador y la corriente del generador para extraer la potencia máxima en función de la velocidad del viento, como se muestra en la figura 7, que muestra un diagrama con una trayectoria de potencia óptima 52. El diagrama representa la velocidad de rotación del aerogenerador 12 en el eje horizontal y la potencia extraída en el eje vertical. Se muestran diferentes curvas de potencia 54 para diferentes condiciones de operación.

Esta estrategia de control para controlar la potencia máxima no permitirá que el convertidor de CA a CC 24 controle la tensión del enlace de CC. Si el flujo de potencia que sale del convertidor de CC a CC 28 no está equilibrado con el flujo de potencia que entra por el convertidor de CA a CC 24, la tensión en el enlace de CC 36 variará. De este modo, para mantener constante la tensión del enlace de CC, el convertidor de CC a CC no aislado 28 se utiliza para controlar el flujo de potencia que va al bus de distribución 20 para que coincida con la potencia que entra al enlace de CC 36 desde el convertidor de CA a CC 24.

Si, en cambio, para esta tarea se utiliza el convertidor de CC a CC resonante 26, la frecuencia de operación tendría que modificarse para controlar el flujo de potencia que movería el convertidor 26 desde el punto de operación de eficiencia óptima 50b que se muestra en la figura 5.

Para una mayor aclaración, si la celda de convertidor 34 opera sin 28 en el punto nominal y la tensión de red permanece fija, la potencia fluirá pasivamente a través del convertidor de CC a CC 26. Sin embargo, si la tensión en el bus de distribución 20 comienza a disminuir, la tensión del enlace de CC 36 seguirá estando debido a la ganancia de tensión fija. Sin embargo, esto daría como resultado una condición de sobrecarga en el convertidor de CA a CC 24 que se alejaría 26 del punto de operación nominal 50b. Si, por el contrario, la tensión 20 sube, la tensión del enlace de CC 36 también aumentará llegando al final a una condición de sobretensión del convertidor de CA a CC 24 y el convertidor de CC a CC 26. Para evitar estas condiciones, el convertidor de CC a CC 26 tendría que operar lejos del punto nominal 50b. El diseño del convertidor de CC a CC 26 tendría que modificarse para proporcionar curvas de ganancia más pronunciadas para una mejor regulación, lo que resultaría en un convertidor de CC a CC menos eficiente 26. Además, el convertidor de CC a CC 26 no puede controlar la corriente de salida en el caso de una condición de sobrecarga.

Para mantener el punto de máxima potencia del aerogenerador 12, el punto de máxima eficiencia 50b y el diseño óptimo del convertidor del convertidor de CC a CC aislado 26, se incluye un convertidor de CC a CC adicional 28. Este puede ser un convertidor reductor, un convertidor elevador o un convertidor reductor/elevador 28 en el lado de salida del convertidor de CC a CC 26, para así controlar el flujo de potencia y la corriente en el caso de una condición de sobrecarga. Con esta configuración, el convertidor de CC a CC 26 puede permanecer a una frecuencia constante en el punto nominal 50b y el convertidor 28 controla el flujo de potencia para mantener el enlace de CC 36 en su valor de referencia fijo. De este modo, las tareas de control del controlador 32 se dividen por igual entre el convertidor 24 de CA a CC para controlar el generador y el convertidor 28 de CC a CC para controlar la tensión del enlace de CC.

La figura 8 muestra una de las posibles implementaciones de convertidores de CC a CC 22, donde se utilizan convertidores de CC a CC de tensión alta bidireccionales 22. Todos los buses de distribución de CC 20 están conectados en paralelo a las primeras salidas de los convertidores de CC a CC 22, las cuales están conectadas en serie por sus segundas salidas para alimentar la red de distribución de CC de tensión alta 16.

Adicionalmente, los convertidores de CC a CC 22 pueden regular estrictamente la tensión de salida con el fin de limitar la corriente de carga y proteger los buses de distribución 20 contra condiciones de cortocircuito en la red de distribución de CC de tensión alta 16. Los convertidores de CC a CC 28 pueden realizar tareas similares.

Volviendo a la figura 4, los convertidores de CC a CC 22 (así como los convertidores de CC a CC 28) pueden utilizarse adicionalmente para protección contra sobrecarga.

En el paso S18, el controlador 32 detecta una falla en el sistema convertidor superior 11, por ejemplo, un cortocircuito o una condición de sobrecarga en la red de distribución de CC 16. En consecuencia, el controlador 32 abre un conmutador 30 que interconecta la unidad convertidora 18 con el bus de distribución de CC 20. Una vez detectada la falla, el controlador 32 modula los convertidores de CC a CC 22 y/o 28 de manera que la corriente y/o la tensión en la unidad convertidora 18 se reduzca antes de que se abra el conmutador 30.

Por ejemplo, tal y como se muestra en la figura 1 y la figura 8, la estructura propuesta permitirá conectar varios buses de distribución 20 a la red de distribución de CC de tensión alta 16, dando como resultado un sistema de CC de tensión alta de múltiples terminales. En tal caso, y teniendo en cuenta que las unidades convertidoras 18 ya están protegidas contra condiciones de cortocircuito y sobrecarga debido al convertidor de CC a CC no aislado 28, es posible utilizar convertidores de CC a CC de tipo reductor, elevador o elevador/reductor para implementar los convertidores de CC a CC 22. De esta forma, el sistema convertidor superior global 11 puede estar protegido contra condiciones de cortocircuito y sobrecarga independientemente de la dirección del flujo de potencia. Esta característica puede minimizar la necesidad de elementos de protección rápida, que requieren principalmente seccionadores mecánicos 30 y fusibles, y eliminando así la dependencia en el desarrollo de la tecnología de disyuntores de CC.

Téngase en cuenta que las etapas de semipuente simplificadas para los convertidores 22, 28 se muestran con fines ilustrativos y, en realidad, es posible que se necesite una conexión en serie de IGBT para materializar un convertidor de CC a CC 22, 28. Por ejemplo, con la tecnología de CC de tensión alta más avanzada, es posible simplemente apilar semiconductores para manejar la tensión alta (por ejemplo, 20 kV).

La figura 8 también muestra una posible conexión al potencial de tierra. Por ejemplo, uno de los convertidores de CC a CC intermedios 22 puede estar conectado a tierra.

Aunque la invención se ha ilustrado y descrito con detalle en los dibujos y en la descripción precedente, tal ilustración y descripción han de considerarse ilustrativas o a modo de ejemplo y no restrictivas; la invención no se limita a las realizaciones divulgadas. Las personas expertas en la materia pueden entender y efectuar otras variaciones de las realizaciones divulgadas al poner en práctica la invención reivindicada, a partir de un estudio de los dibujos, la divulgación y las reivindicaciones adjuntas. En las reivindicaciones, la expresión "que comprende" no excluye otros elementos o pasos, y el artículo indefinido "un" o "una" no excluye una pluralidad. Un único procesador o controlador puede satisfacer las funciones de los diversos elementos citados en las reivindicaciones. El mero hecho de que determinadas medidas se mencionen en reivindicaciones dependientes mutuamente diferentes no indica que no se pueda utilizar ventajosamente una combinación de estas medidas. Ningún símbolo de referencia en las reivindicaciones debería interpretarse como limitante del alcance.

LISTA DE SÍMBOLOS DE REFERENCIA

10 central eléctrica de energía renovable

11 sistema convertidor superior

12 fuente de energía renovable

14 sistema convertidor

16 red de distribución de CC de tensión alta

18 unidad convertidora

20 bus de distribución de CC de tensión media

22 convertidor de CC a CC del lado de la red

24 convertidores de CA a CC

26 convertidor de CC a CC aislado

28 convertidor de CC a CC no aislado

30 conmutador de protección

32 controlador

34 celda de convertidor

36 primer enlace de CC

38 convertidor de CC a CA

39 segundo enlace de CC

40 transformador

42 convertidor de CA a CC

44 patrón de pulsos

46 distorsión de tensión

48 características de carga

50a, 50b, 50c condiciones de carga

52 trayectoria de potencia óptima

54 curva de potencia

Claims (14)

REIVINDICACIONES

1. Un sistema convertidor de interconexión (14) para interconectar fuentes de energía renovable (12) con un bus de distribución de CC (20) que está al menos en el nivel de tensión media,

en donde el sistema convertidor de interconexión (14) comprende una unidad convertidora (18) para interconectar una fuente de energía renovable (12) con el bus de distribución de CC (20);

en donde la unidad convertidora (18) comprende:

un convertidor de CC a CC aislado (26) conectable a la fuente de energía renovable (12); y

un convertidor de CC a CC no aislado (28) conectable al bus de distribución de CC (20), que está conectado en cascada al convertidor de CC a CC aislado (26), en donde el convertidor no aislado (28) es un convertidor reductor, convertidor elevador o convertidor reductor/elevador;

en donde el sistema convertidor de interconexión (14) comprende un controlador (32) adaptado para: controlar el convertidor de CC a CC aislado (26) en lazo abierto; y

controlar un flujo de potencia de la unidad convertidora (18) al convertidor de CC a CC no aislado (28).

2. El sistema convertidor de interconexión (14) de la reivindicación 1,

en donde la unidad convertidora (18) comprende al menos dos celdas de convertidor (34), comprendiendo cada celda de convertidor (34) un convertidor de CC a CC aislado (26) conectado en cascada a un convertidor de CC a CC no aislado (28);

en donde las entradas de los convertidores de CC a CC aislados (26) están conectadas en paralelo a la fuente de energía renovable;

en donde las salidas de los convertidores de CC a CC no aislados (28) están conectadas en serie entre las líneas del bus de distribución de CC (20).

3. El sistema convertidor de interconexión (14) de la reivindicación 1 o 2, que comprende, además:

al menos dos unidades convertidoras (18) conectadas en paralelo al bus de distribución de CC (20), siendo cada unidad convertidora (18) conectable a una fuente de energía renovable (12).

4. El sistema convertidor de interconexión (14) de una de las reivindicaciones anteriores,

en donde el convertidor de CC a CC aislado (26) comprende un primer convertidor de CC a CA (38), un transformador (40) y un segundo convertidor de CA a CC (42), que están conectados en cascada.

5. El sistema convertidor de interconexión (14) de una de las reivindicaciones anteriores,

en donde la unidad convertidora (18) comprende un convertidor de CA a CC (24) para conectar una fuente de potencia de CA (12) al convertidor de CC a CC aislado (26); o

en donde la unidad convertidora (18) comprende un convertidor de CC a CC para conectar una fuente de potencia de CC al convertidor de CC a CC aislado (26).

6. Un sistema convertidor de central eléctrica (11), que comprende:

al menos dos sistemas convertidores de interconexión (14) según una de las reivindicaciones 1 a 5;

al menos dos buses de distribución de CC (20), estando cada bus de distribución de CC (20) conectado a uno de los sistemas convertidores de interconexión (14)

en donde la unidad convertidora (18) del sistema convertidor de interconexión (14) respectivo está adaptada para interconectar la fuente de energía renovable (12) respectiva con el bus de distribución de CC (20) respectivo estando al menos en un nivel de tensión media;

en donde cada bus de distribución de CC (20) está conectado a un primer lado de un convertidor de CC a CC del lado de la red no aislado (22) del respectivo sistema convertidor de interconexión (14);

en donde los segundos lados de los convertidores de CC a CC del lado de la red no aislados (22) de los sistemas convertidores de interconexión (14) están conectados en serie entre las líneas de una red de distribución de CC (16).

7. El sistema convertidor de central eléctrica (11) de la reivindicación 6, que comprende, además:

la red de distribución;

en donde el nivel de tensión de la red de distribución de CC (16) es mayor que el nivel de tensión del bus de distribución de CC (20).

8. Una central eléctrica de energía renovable (10), que comprende:

al menos una fuente de energía renovable (12);

un sistema convertidor de interconexión (14) según una de las reivindicaciones 1 a 5 para interconectar la fuente de energía renovable (12) con el bus de distribución de CC (20).

9. Un método para operar un sistema convertidor de interconexión (14) según una de las reivindicaciones 1 a 5, comprendiendo el método:

controlar el convertidor de CC a CC aislado (26) en lazo abierto;

controlar un flujo de potencia de la unidad convertidora (18) al convertidor de CC a CC no aislado (28).

10. El método de la reivindicación 9, que comprende, además:

detectar una falla en el sistema convertidor de interconexión (14);

abrir un conmutador (30) que interconecta la unidad convertidora (18) con el bus de distribución de CC (20) cuando se detecta la falla;

después de detectar la falla, modular un convertidor de CC a CC no aislado (28) para que se reduzca una corriente y/o una tensión en la unidad convertidora (18) antes de que se abra el conmutador (30).

11. El método de una de las reivindicaciones 9 o 10,

en donde la unidad convertidora (18) comprende al menos dos celdas de convertidor (34), comprendiendo cada celda de convertidor un convertidor de CC a CC aislado (26) conectado en cascada a un convertidor de CC a CC no aislado (28), en donde las entradas de los convertidores de CC a CC aislados (26) están conectadas en paralelo a la fuente de energía renovable (12) y las salidas de los convertidores de CC a CC no aislados (28) están conectadas en serie entre las líneas del bus de distribución de CC (20),

comprendiendo el método, además:

modular el ancho de pulso de los segundos convertidores de CC a CC (28) con patrones de pulsos desfasados (44) de modo que las distorsiones de tensión generadas en el bus de distribución de CC (20) tengan frecuencias más altas que los patrones de pulso (44).

12. El método de una de las reivindicaciones 9 a 11,

en donde el sistema convertidor de interconexión (14) forma parte de un sistema convertidor de central eléctrica (11) según la reivindicación 6 o 7;

comprendiendo el método, además:

la modulación por ancho de pulso de los convertidores de CC a CC del lado de la red (22) con patrones de pulsos desfasados, de manera que las distorsiones de tensión generadas en la red de distribución de CC (16) tengan frecuencias más altas que los patrones de pulsos (44).

13. El método de la reivindicación 12, que comprende, además:

detectar una falla en el sistema convertidor de central eléctrica (11);

abrir un conmutador (30) que interconecta la unidad convertidora (18) con el bus de distribución de CC (20) cuando se detecta la falla;

después de detectar la falla, modular un convertidor de CC a CC no aislado (22, 28) para que se reduzca una corriente y/o una tensión en la unidad convertidora (18) antes de que se abra el conmutador (30).

14. Un controlador (32) para un sistema convertidor de interconexión (14),

en donde el controlador (32) está adaptado para llevar a cabo el método de una de las reivindicaciones 9 a 11.