ES2946794T3

ES2946794T3 - Sistema de conversión de potencia con protección de energía anormal y procedimiento para operar el mismo

Info

Publication number: ES2946794T3
Application number: ES18205052T
Authority: ES
Inventors: Wen-Lung Huang; sheng-hua Li
Original assignee: Delta Electronics Inc
Current assignee: Delta Electronics Inc
Priority date: 2018-09-18
Filing date: 2018-11-08
Publication date: 2023-07-26
Anticipated expiration: 2038-11-08
Also published as: CN110912398A; US11329478B2; EP3627678A1; EP3627678B1; CN110912398B; JP6691191B2; JP2020048398A; US20200091704A1

Abstract

Un sistema de conversión de energía con protección de energía anormal incluye una pluralidad de fuentes de alimentación de entrada de CC (Vdc1-Vdcn), una pluralidad de convertidores de alimentación de CC (11-1n), dos condensadores de salida (41, 42) y un circuito de protección (20) . Un lado de entrada de cada convertidor de potencia de CC (11-1n) está acoplado correspondientemente a una de las fuentes de alimentación de entrada de CC (Vdc1-Vdcn), y los lados de salida de los convertidores de potencia de CC (11-1n) están acoplados en paralelo entre sí. para formar un bus de salida DC (30). Dos capacitores de salida (41, 42) están acoplados en serie entre un extremo de voltaje positivo (Vb+) y un extremo de voltaje negativo (Vb-) del bus de salida de CC (30). El circuito de protección (20) está acoplado entre las fuentes de alimentación de entrada de CC (Vdc1-Vdcn) y los dos condensadores de salida (41,42). Cuando uno de los dos capacitores de salida (41,42) es anormal, (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de conversión de potencia con protección de energía anormal y procedimiento para operar el mismo ANTECEDENTES

Campo técnico

La presente descripción se refiere a un sistema de conversión de potencia y un procedimiento de funcionamiento del mismo, y más particularmente a un sistema de conversión de potencia con protección de energía anormal y un procedimiento de funcionamiento del mismo.

Descripción de la técnica relacionada

Lo expuesto en esta sección únicamente proporciona información de antecedentes relacionada con la presente divulgación y no constituye necesariamente la técnica anterior.

El documento WO 2015/069238 A1 divulga sistemas y procedimientos para monitorizar la impedancia de aislamiento. Al menos un aspecto de la divulgación se refiere a una unidad de conversión de potencia (PCU). La PCU incluye un circuito convertidor de potencia, un circuito de detección de seguridad que incluye una pluralidad de impedancias de red conocidas y un interruptor que tiene un primer extremo acoplado entre dos de la pluralidad de impedancias de red y un segundo extremo acoplado a un terminal de salida, y un controlador acoplado comunicativamente al circuito de detección de seguridad y el al menos un circuito convertidor de potencia. El controlador puede configurarse para operar el interruptor, determinar uno o más valores de voltaje del circuito de detección de seguridad y calcular una impedancia de aislamiento basándose, al menos en parte, en los uno o más valores de voltaje, una posición del interruptor y la pluralidad de impedancias de red conocidas.

El documento DE 102013110240 A1 divulga una disposición de circuito para un inversor fotovoltaico para el alivio de rotura usando interruptores de cortocircuito, y el uso de la disposición de circuito. La disposición de circuito para un inversor fotovoltaico incluye dos líneas de bus, terminales de entrada para conectar al menos un generador fotovoltaico a las líneas de bus, respectivamente, y al menos un convertidor CC/Ca conectado a las líneas de bus. La disposición de circuito incluye además un seccionador entre cada convertidor de CC/CA y las líneas de bus, respectivamente, y al menos una trayectoria de cortocircuito para cortocircuitar un voltaje entre las líneas de bus, donde un interruptor de cortocircuito está dispuesto en la trayectoria de cortocircuito, donde la al menos una trayectoria de cortocircuito se extiende entre las líneas de bus aguas arriba de todos los seccionadores entre los terminales de entrada y los seccionadores, y donde el interruptor de cortocircuito en la al menos una trayectoria de cortocircuito entre las líneas de bus está conectado en serie con un fusible. Aún más, la disposición de circuito incluye al menos una trayectoria de cortocircuito adicional para cortocircuitar el voltaje entre las líneas de bus, donde un interruptor de cortocircuito está dispuesto igualmente en la al menos una trayectoria de cortocircuito adicional.

El documento US 2011/0314308 A1 analiza un dispositivo de circuito integrado y un procedimiento de control para un circuito de protección electrostática del mismo. El dispositivo de circuito integrado incluye:

un circuito de protección electrostática que se proporciona entre las líneas de suministro de energía primera y segunda acopladas a terminales externos respectivamente, y forma una trayectoria de corriente entre las líneas de suministro de energía primera y segunda durante un período dado en respuesta a un aumento en un voltaje entre las líneas de suministro de energía primera y segunda; y un circuito de generación de suministro de energía que realiza el control de suministro de energía en función de un voltaje de la primera línea de suministro de energía y genera una señal de control de acuerdo con una temporización de conmutación del control de suministro de energía. Y, el circuito de protección electrostática incluye un circuito de ajuste para acortar el periodo dado en respuesta a la señal de control. El documento US 2018/0062015 A1 analiza un circuito de módulo fotovoltaico solar inteligente y un procedimiento de control/protección para el mismo. Se proporciona un circuito de módulo fotovoltaico solar inteligente y un procedimiento de control para el mismo. El circuito incluye: múltiples cadenas fotovoltaicas conectadas en serie, donde cada una de las cadenas fotovoltaicas incluye una unidad de módulo fotovoltaico inteligente y un módulo funcional de seguimiento de punto de máxima potencia (MPPT) conectado en serie con la unidad de módulo fotovoltaico inteligente; un módulo de memoria de unidad central de procesamiento (CPU) configurado para recibir y analizar un estado de la unidad de módulo fotovoltaico inteligente; y un módulo de control conectado eléctricamente con el módulo de memoria de CPU y configurado para controlar una función MPPT, donde cada una de las cadenas fotovoltaicas está conectada con un transistor de conmutación configurado para cortocircuitar la unidad de módulo fotovoltaico inteligente o desconectar la cadena fotovoltaica de otras cadenas fotovoltaicas, y el transistor de conmutación es controlado por el módulo de control.

Se hace referencia a la FIG. 1, que muestra un diagrama de circuito de bloques de un mecanismo de protección con protección de energía anormal en la técnica relacionada. Una pluralidad de fuentes de alimentación de entrada de CC Vdc1-Vdcn generan fuentes de alimentación de CC, y las fuentes de alimentación de CC se intensifican mediante los correspondientes convertidores elevadores de CC 11A-1 nA para suministrar energía a los condensadores de extremo trasero 21a, 22A. Por lo tanto, se proporcionan voltajes de salida de CC estables a través de dos extremos de los condensadores 21a, 22A para suministrar la energía requerida a un circuito de extremo trasero 40A, tal como un circuito inversor.

Si cualquiera de los condensadores 21a, 22A, por ejemplo, el condensador 21A falla debido a una anomalía de cortocircuito o una anomalía de sobrevoltaje, los voltajes de CC generados a partir de las fuentes de alimentación de entrada de CC Vdc1-Vdcn serían soportados por el condensador normal, es decir, el condensador 22A. Sin embargo, el condensador 22A se dañaría para causar una fuga de electrolito líquido desde el condensador 22A debido a un voltaje de resistencia insuficiente del condensador 22a, afectando así a las operaciones de todo el sistema.

Con el fin de resolver el problema mencionado anteriormente, se usan e instalan una pluralidad de interruptores de relé 31A-3nA entre las fuentes de alimentación de entrada de CC Vdc1-Vdcn y los convertidores elevadores de CC 11A-1nA. Por lo tanto, si cualquiera de los condensadores 21a, 22A falla debido a la anomalía de cortocircuito o la anomalía de sobrevoltaje, los interruptores de relé 31A-3nA se apagan de modo que las fuentes de alimentación de entrada de CC Vdc1-Vdcn se desacoplan (desconectan) de los convertidores elevadores de CC 11A-1nA. Por consiguiente, esto es para evitar dañar los condensadores 21A.22A y afectar al circuito de extremo trasero 40A mientras que las fuentes de alimentación de entrada de CC Vdc1-Vdcn suministran energía continuamente.

Sin embargo, el uso de interruptores de relé 31A-3nA para desacoplar las fuentes de alimentación de entrada de CC Vdc1-Vdcn y los convertidores elevadores de CC 11A-1nA tiene los siguientes problemas y desventajas.

1. El interruptor de relé 31 A-3nA capaz de soportar hasta miles de voltajes es poco común y costoso.

2. Para cada trayectoria de suministro de energía, se requiere el interruptor de relé 31A-3nA para que el área ocupada en la placa de circuito impreso (PCB) sea grande.

3. En las operaciones normales, el calor generado reduce la eficiencia.

4. Hay problemas de vida útil reducida y poca fiabilidad cuando los interruptores de relé 31A-3nA trabajan repetidamente durante mucho tiempo debido a la estructura mecánica de los interruptores de relé 31A-3nA. 5. Hay problemas de mayor complejidad del diseño y control del circuito, ya que se requiere un circuito de precarga adicional para coordinar con los interruptores de relé 31A-3nA.

RESUMEN

Un objetivo de la presente descripción es proporcionar un sistema de conversión de potencia con protección de energía anormal para resolver un problema de uso de interruptores de relé para la protección de energía anormal.

Con el fin de lograr el objetivo mencionado anteriormente, el sistema de conversión de potencia con protección de energía anormal incluye las características de las reivindicaciones independientes 1 o 6.

Por consiguiente, el sistema de conversión de potencia con protección de energía anormal se proporciona para reducir las pérdidas de calor, aumentar la eficiencia, aumentar el área disponible de la placa de circuito impreso (PCB) y aumentar la expansión del circuito de protección.

Otro objetivo de la presente descripción es proporcionar un procedimiento para operar un sistema de conversión de potencia con protección de energía anormal para resolver un problema de usar interruptores de relé para la protección de energía anormal.

Con el fin de lograr el objetivo mencionado anteriormente, el sistema de conversión de potencia incluye una pluralidad de fuentes de alimentación de entrada de CC, una pluralidad de convertidores de alimentación de C_cy dos condensadores de salida, y el procedimiento de operación del sistema de conversión de potencia con protección de energía anormal incluye las etapas de las reivindicaciones independientes 10 o 13.

Por consiguiente, el procedimiento de funcionamiento del sistema de conversión de potencia con protección de energía anormal se proporciona para reducir las pérdidas de calor, aumentar la eficiencia, aumentar el área disponible de la placa de circuito impreso (PCB) y aumentar la expansión del circuito de protección.

Debe entenderse que tanto la descripción general anterior como la siguiente descripción detallada son ejemplares y pretenden explicar en mayor medida la presente divulgación tal como está reivindicada. Otras ventajas y características de la presente divulgación resultarán evidentes a partir de la siguiente descripción, dibujos y reivindicaciones.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La presente descripción se puede entender más completamente al leer la siguiente descripción detallada de la realización, en la que se hace referencia a los dibujos adjuntos como sigue:

La FIG. 1 es un diagrama de circuito en bloques de un mecanismo de protección con protección de energía anormal en la técnica relacionada.

La FIG. 2A es un diagrama de circuito en bloques de una primera arquitectura de un sistema de conversión de potencia con protección de energía anormal de la presente descripción.

La FIG. 2B es un diagrama de circuito en bloques de una segunda arquitectura del sistema de conversión de potencia con protección de energía anormal de la presente descripción.

La FIG. 3 es un diagrama de circuito de un circuito de protección del sistema de conversión de potencia con protección de energía anormal según una primera realización de la presente descripción que no cae dentro de la asunto para el que se busca protección.

La FIG.4 es un diagrama de circuito del circuito de protección del sistema de conversión de potencia con protección de energía anormal según una segunda realización de la presente descripción.

La FIG. 5 es un diagrama de circuito del circuito de protección del sistema de conversión de potencia con protección de energía anormal según una tercera realización de la presente descripción.

La FIG.6 es un diagrama de circuito del circuito de protección del sistema de conversión de potencia con protección de energía anormal según una cuarta realización de la presente descripción.

La FIG. 7 es un diagrama de flujo de un procedimiento para el funcionamiento de un sistema de conversión de potencia con protección de energía anormal.

DESCRIPCIÓN DETALLADA

A continuación se hará referencia a las figuras de los dibujos para describir la presente divulgación en detalle. Se entenderá que las figuras de los dibujos y las realizaciones ejemplificadas de la presente divulgación no se limitan a los detalles de la misma.

Se hace referencia a la FIG. 2A, que muestra un diagrama de circuito en bloques de una primera arquitectura de un sistema de conversión de potencia con protección de energía anormal de la presente descripción. El sistema de conversión de potencia con protección de energía anormal incluye una pluralidad de fuentes de alimentación de entrada de CC Vdc1-Vdcn, una pluralidad de convertidores de potencia de CC 11-1n, dos condensadores de salida 41, 42, un circuito de protección 20 y una unidad de control 50. En una realización, cada fuente de alimentación de entrada de CC Vdc1-Vdcn puede ser una fuente de alimentación de CC de tipo fuente de alimentación, tal como, pero sin limitación, una fuente de alimentación solar con paneles fotovoltaicos. Tomemos los paneles fotovoltaicos, por ejemplo, cada fuente de alimentación de entrada de CC Vdc1-Vdcn puede estar compuesta por una pluralidad de paneles fotovoltaicos conectados en serie.

Un lado de entrada de cada convertidor de potencia de CC 11-1n está acoplado correspondientemente a una de las fuentes de alimentación de entrada de CC Vdc1-Vdcn. Como se muestra en la FIG.2A, los n convertidores de potencia de CC 11-1n son respectivamente un primer convertidor de potencia de CC 11, un segundo convertidor de potencia de CC 12 y un enésimo convertidor de potencia de CC 1n. Cada convertidor de potencia de CC puede ser un convertidor de CC a CC escalonado. Además, cada convertidor de potencia de CC puede ser un convertidor de CC aislado o un convertidor de CC no aislado. El lado de entrada del primer convertidor de potencia de CC 11 está acoplado a una primera fuente de alimentación de entrada de CC Vdc1 y el lado de entrada del enésimo convertidor de potencia de CC 1n está acoplado a una enésima fuente de alimentación de entrada de CC Vdcn.

Además, los lados de salida de los convertidores de potencia de CC 11-1n están acoplados en paralelo entre sí para formar un bus de salida de CC 30. Como se muestra en la FIG. 2A, un extremo de la conexión en paralelo está acoplado a un extremo de voltaje positivo Vb+ del bus de salida de CC 30, y el otro extremo de la conexión en paralelo está acoplado a un extremo de voltaje negativo Vb- del bus de salida de CC 30.

Los dos condensadores de salida 41, 42 son un primer condensador de salida 41 y un segundo condensador de salida 42, y los dos condensadores de salida 41, 42 están acoplados en serie entre el extremo de voltaje positivo Vb+ y el extremo de voltaje negativo Vb- del bus de salida de CC 30. Además, los dos condensadores de salida 41, 42 están acoplados comúnmente en un extremo de voltaje intermedio Vbm. Si los dos condensadores de salida 41, 42 son idénticos en especificaciones, un voltaje a través del primer condensador de salida 41 acoplado entre el extremo de voltaje positivo Vb+ y el extremo de voltaje intermedio Vbm es igual a un voltaje a través del segundo condensador de salida 42 acoplado entre el extremo de voltaje intermedio Vbm y el extremo de voltaje negativo Vb-. Por lo tanto, los dos condensadores de salida 41, 42 proporcionan los voltajes de salida de CC estables para un circuito de extremo trasero 60.

En una realización, el circuito de protección 20 está acoplado entre las fuentes de alimentación de entrada de CC Vdcl-Vdcn y los convertidores de alimentación de CC 11-1n. Si cualquiera de los dos condensadores de salida 41, 42 se daña por la energía eléctrica generada desde las fuentes de energía de entrada de CC Vdc1-Vdcn, el circuito de protección 20 se proporciona para proteger el otro condensador de salida, es decir, el condensador de salida normal. Específicamente, la unidad de control 50 está acoplada al circuito de protección 20 y recibe una señal de estado de voltaje Sv proporcionada desde el bus de salida de CC 30. En particular, la señal de estado de voltaje Sv puede representar una magnitud de voltaje del extremo de voltaje positivo Vb+, una magnitud de voltaje del extremo de voltaje negativo Vb-, o una magnitud de voltaje del extremo de voltaje intermedio Vbm. Por lo tanto, la unidad de control 50 determina si el voltaje a través del primer condensador de salida 41 o el voltaje a través del segundo condensador de salida 42 es anormal, tal como una anomalía de cortocircuito o una anomalía de sobrevoltaje de acuerdo con la señal de estado de voltaje Sv. Cuando uno de los dos condensadores de salida 41, 42 es anormal, el circuito de protección 20 proporciona la señal de control Se para desacoplar las fuentes de alimentación de entrada de CC Vdc1-Vdcn de los dos condensadores de salida 41, 42 en forma de cortocircuito para evitar que la energía eléctrica generada por las fuentes de alimentación de entrada de CC Vdc1-Vdcn se suministre al condensador de salida normal.

Se hace referencia a la FIG. 2B, que muestra un diagrama de circuito en bloques de una segunda arquitectura del sistema de conversión de potencia con protección de energía anormal de la presente descripción. La principal diferencia entre la FIG. 2B y la FIG. 2A es que el circuito de protección 20 está acoplado entre los convertidores de potencia de CC 11-1n y los dos condensadores de salida 41, 42 en el primero (FIG. 2B). De manera similar, cuando uno de los dos condensadores de salida 41, 42 es anormal, el circuito de protección 20 proporciona la señal de control Sc para desacoplar las fuentes de alimentación de entrada de CC Vdc1-Vdcn de los dos condensadores de salida 41, 42 en forma de cortocircuito para evitar que la energía eléctrica generada a partir de las fuentes de alimentación de entrada de CC Vdc1-Vdcn se entregue al condensador de salida normal.

En resumen, el circuito de protección 20 puede acoplarse a trayectorias de alimentación entre las fuentes de alimentación de entrada de CC Vdc1-Vdcn y los dos condensadores de salida 41, 42 para desacoplar las fuentes de alimentación de entrada de CC Vdc1-Vdcn de los dos condensadores de salida 41, 42 por la forma de cortocircuito para proteger los dos condensadores de salida 41, 42. El funcionamiento detallado del circuito de protección 20 se describirá a continuación.

Se hace referencia a la FIG. 3, que muestra un diagrama de circuito de un circuito de protección del sistema de conversión de potencia con protección de energía anormal según una primera realización de la presente descripción que no cae dentro del asunto para el que se busca protección. El circuito de protección 20 está acoplado entre las fuentes de alimentación de entrada de CC Vdcl-Vdcn y los convertidores de alimentación de CC 11-1n. El circuito de protección 20 incluye una pluralidad de unidades de protección 21-2n. Cada unidad de protección 21-2n incluye un inductor L1-Ln, un interruptor semiconductor Q1-Qn, una resistencia R1-Rn y un condensador C1-Cn. El inductor L1-Ln está acoplado en serie al interruptor semiconductor Q1-Qn para formar una rama conectada en serie, y la rama conectada en serie está acoplada entre un extremo de voltaje positivo y un extremo de voltaje negativo de la fuente de alimentación de entrada de CC Vdc1-Vdcn. El condensador C1-Cn está acoplado en serie a la resistencia R1-Rn para formar una rama auxiliar conectada en serie, y la rama auxiliar conectada en serie está acoplada entre un punto conectado en común del inductor L1-Ln y el interruptor semiconductor Q1-Qn y el extremo de voltaje negativo. En una realización, cada interruptor semiconductor Q1-Qn puede ser un rectificador controlado de silicio (SCR), un transistor de efecto de campo de semiconductor de óxido de metal (MOSFET), un transistor bipolar de puerta aislada (IGBT), un transistor de unión bipolar (BJT) u otros componentes semiconductores con la función de conmutación.

Cuando la unidad de control 50 determina que uno cualquiera de los dos condensadores de salida 41, 42 es anormal, tal como una anormalidad de cortocircuito o una anormalidad de sobrevoltaje de acuerdo con la señal de estado de voltaje Sv, la unidad de control 50 proporciona las señales de control Se para conectar los interruptores semiconductores Q1-Qn de las unidades de protección 21-2n de modo que la rama conectada en serie esté en cortocircuito para hacer que la corriente generada desde la fuente de alimentación de entrada de CC Vdc1-Vdcn fluya a través de la rama conectada en serie, desacoplando así los circuitos de extremo trasero y protegiendo los condensadores de salida 41, 42. En esta realización, los inductores L1-Ln se usan para suprimir la corriente de irrupción, y los condensadores C1-Cn cooperados con las resistencias R1-Rn se usan para absorber el voltaje de pico y consumir la energía generada a partir del voltaje de pico.

Se hace referencia a la FIG. 4, que muestra un diagrama de circuito del circuito de protección del sistema de conversión de potencia con protección de energía anormal según una segunda realización de la presente descripción. El circuito de protección 20 está acoplado entre las fuentes de alimentación de entrada de CC Vdc1-Vdcn y los convertidores de alimentación de CC 11-1n. El circuito de protección 20 incluye una pluralidad de diodos D1-Dn, un primer interruptor semiconductor Qa, un segundo interruptor semiconductor Qb y una resistencia Ri. Un extremo de ánodo de cada diodo D1-Dn está acoplado correspondientemente al extremo de voltaje positivo de la fuente de alimentación de entrada de CC Vdc1-Vdcn, y los extremos de cátodo de los diodos D1-Dn están acoplados comúnmente entre sí para formar un punto de conexión común de cátodo. El primer interruptor semiconductor Qa está acoplado entre el punto de conexión común del cátodo y el extremo de voltaje negativo de cualquiera de las fuentes de alimentación de entrada de CC Vdc1-Vdcn. El segundo interruptor semiconductor Qb está acoplado en paralelo al primer interruptor semiconductor Qa. La resistencia Ri está acoplada al punto de conexión común del cátodo y al primer interruptor semiconductor Qa.

Cuando la unidad de control 50 determina que uno cualquiera de los dos condensadores de salida 41,42 es anormal, tal como la anormalidad de cortocircuito o la anormalidad de sobrevoltaje de acuerdo con la señal de estado de voltaje Sv, la unidad de control 50 proporciona las señales de control Sc para conectar el primer interruptor semiconductor Qa del circuito de protección 20 de modo que una primera rama a la que se acopla el primer interruptor semiconductor Qa sea cortocircuitada para hacer que la corriente generada desde la fuente de alimentación de entrada de CC Vdc1-Vdcn fluya a través de la primera rama, desacoplando así los circuitos de extremo trasero y protegiendo los condensadores de salida 41, 42. Después de un tiempo de retardo, la unidad de control 50 proporciona además una señal de control Sc' para conectar el segundo interruptor semiconductor Qb de modo que la corriente generada a partir de la fuente de alimentación de entrada de CC Vdc1-Vdcn fluya a través de una segunda rama a la que está acoplado el segundo interruptor semiconductor Qb en lugar de la primera rama debido a la impedancia más baja de la segunda rama. Por lo tanto, el calor generado a partir de la corriente que fluye a través de la resistencia Ri puede retirarse bajo la condición de desacoplar los circuitos de extremo trasero.

Como se muestra en la FIG. 4, la diferencia entre la señal de control Sc' y la señal de control Sc es que la señal de control Sc' se usa para controlar el segundo interruptor semiconductor Qb después del tiempo de retardo. En particular, el tiempo de retardo puede implementarse mediante una solución de hardware, tal como un circuito de tiempo de retardo u otros circuitos digitales o analógicos, o mediante una solución de software o firmware. En esta realización, la resistencia Ri se usa para suprimir la corriente de entrada, y los diodos D1-Dn se usan para proporcionar trayectorias de corriente directa para permitir que la corriente pase en la dirección directa del diodo.

Se hace referencia a la FIG. 5, que muestra un diagrama de circuito del circuito de protección del sistema de conversión de potencia con protección de energía anormal según una tercera realización de la presente descripción. La principal diferencia entre la FIG. 5 y la FIG. 4 es que una pluralidad de segundos interruptores semiconductores Qb1-Qbn se usa para compartir corriente en el primero cuando los segundos interruptores semiconductores Qb se conectan después del tiempo de retardo. Los primeros extremos de los segundos interruptores semiconductores Qb están acoplados respectivamente a los extremos de voltaje positivo de las fuentes de alimentación de entrada de CC Vdc1-Vdcn, y los segundos extremos de los segundos interruptores semiconductores Qb están acoplados comúnmente entre sí y a continuación acoplados a los extremos de voltaje negativo de las fuentes de alimentación de entrada de CC Vdc1-Vdcn.

Cuando la unidad de control 50 determina que uno cualquiera de los dos condensadores de salida 41, 42 es anormal, tal como la anormalidad de cortocircuito o la anormalidad de sobrevoltaje de acuerdo con la señal de estado de voltaje Sv, la unidad de control 50 proporciona las señales de control Sc para conectar el primer interruptor semiconductor Qa del circuito de protección 20 de modo que una primera rama a la que se acopla el primer interruptor semiconductor Qa sea cortocircuitada para hacer que la corriente generada desde la fuente de alimentación de entrada de CC Vdc1-Vdcn fluya a través de la primera rama, desacoplando así los circuitos de extremo trasero y protegiendo los condensadores de salida 41, 42. Después de un tiempo de retardo, la unidad de control 50 proporciona además una señal de control Sc' para conectar los segundos interruptores semiconductores Qb1-Qbn de modo que la corriente generada a partir de la fuente de alimentación de entrada de CC Vdc1-Vdcn fluye a través de ramas a las que se acoplan los segundos interruptores semiconductores Qb1-Qbn en lugar de la primera rama debido a las impedancias más bajas de las ramas. Por lo tanto, el calor generado a partir de la corriente que fluye a través de la resistencia Ri puede retirarse bajo la condición de desacoplar los circuitos de extremo trasero. Además, cada segundo interruptor semiconductor Qb1-Qbn no se dañaría por el calor excesivo ya que la corriente fluye uniformemente a través de los segundos interruptores semiconductores Qb1-Qbn.

Se hace referencia a la FIG. 6, que muestra un diagrama de circuito del circuito de protección del sistema de conversión de potencia con protección de energía anormal según una cuarta realización de la presente descripción. El circuito de protección 20 está acoplado entre los convertidores de potencia de CC 11-1n y los dos condensadores de salida 41, 42. El circuito de protección 20 incluye un diodo Dd, un primer interruptor semiconductor Qa, un segundo interruptor semiconductor Qb y una resistencia Ri. Un extremo de ánodo del diodo Dd está acoplado al extremo de voltaje positivo Vb+ del bus de salida de CC 30. El primer interruptor semiconductor Qa está acoplado entre un extremo de cátodo del diodo Dd y el extremo de voltaje negativo Vb- del bus de salida de CC 30. El segundo interruptor semiconductor Qb está acoplado en paralelo al primer interruptor semiconductor Qa. La resistencia Ri está acoplada al extremo del cátodo del diodo Dd y al primer interruptor semiconductor Qa.

Cuando la unidad de control 50 determina que uno cualquiera de los dos condensadores de salida 41, 42 es anormal, tal como la anormalidad de cortocircuito o la anormalidad de sobrevoltaje de acuerdo con la señal de estado de voltaje Sv, la unidad de control 50 proporciona las señales de control Sc para conectar el primer interruptor semiconductor Qa del circuito de protección 20 de modo que una primera rama a la que se acopla el primer interruptor semiconductor Qa sea cortocircuitada para hacer que la corriente generada desde los convertidores de potencia de CC 11-1n convirtiendo las fuentes de alimentación de entrada de CC Vdc1-Vdcn fluya a través de la primera rama, desacoplando así los circuitos de extremo trasero y protegiendo los condensadores de salida 41, 42. Después de un tiempo de retardo, la unidad de control 50 proporciona además una señal de control Sc' para conectar el segundo interruptor semiconductor Qb de modo que la corriente generada a partir de los convertidores de potencia de CC 11-1n fluya a través de una segunda rama a la que está acoplado el segundo interruptor semiconductor Qb en lugar de la primera rama debido a la menor impedancia de la segunda rama. Por lo tanto, el calor generado a partir de la corriente que fluye a través de la resistencia Ri puede retirarse bajo la condición de desacoplar los circuitos de extremo trasero. En esta realización, la resistencia Ri se usa para suprimir la corriente de entrada, y los diodos D1-Dn se usan para proporcionar trayectorias de corriente directa para permitir que la corriente pase en la dirección directa del diodo.

Se hace referencia a la FIG. 7, que muestra un diagrama de flujo de un procedimiento de funcionamiento de un sistema de conversión de potencia con protección de energía anormal. El sistema de conversión de potencia con protección de energía anormal incluye una pluralidad de fuentes de alimentación de entrada de CC, una pluralidad de convertidores de alimentación de ^cC y dos condensadores de salida. En una realización, cada fuente de alimentación de entrada de CC puede ser una fuente de alimentación de CC de tipo fuente de corriente, tal como, pero sin limitación, una fuente de alimentación solar con paneles fotovoltaicos. El procedimiento incluye las etapas de la siguiente manera. En primer lugar, se proporciona un circuito de protección, y el circuito de protección se acopla entre las fuentes de alimentación de entrada de CC y los dos condensadores de salida (S10), es decir, el circuito de protección puede acoplarse entre las fuentes de alimentación de entrada de CC y los convertidores de alimentación de CC, o el circuito de protección puede acoplarse entre los convertidores de alimentación de CC y los dos condensadores de salida. Posteriormente, esto es para detectar si alguno de los dos condensadores de salida es anormal (S20). Por ejemplo, detectando un voltaje a través de cada condensador de salida para determinar si alguno de los dos condensadores de salida es anormal, tal como la anomalía de cortocircuito o la anomalía de sobrevoltaje. Finalmente, cuando uno cualquiera de los dos condensadores de salida es anormal, el circuito de protección se controla para desacoplar las fuentes de alimentación de entrada de CC de los dos condensadores de salida en forma de cortocircuito (S30). En consecuencia, se trata de desconectar la energía eléctrica generada de las fuentes de alimentación de entrada de CC para que se suministre al otro condensador de salida, es decir, el normal, impidiendo así que el condensador de salida normal reciba energía eléctrica continua. Dicho de otro modo, el circuito de protección desacopla las fuentes de alimentación de entrada de CC de los dos condensadores de salida en forma de cortocircuito para evitar la energía eléctrica generada a partir de las fuentes de alimentación de entrada de CC que se suministran al condensador de salida normal.

En conclusión, la presente divulgación tiene las siguientes características y ventajas:

1. No se produciría pérdida de calor bajo el funcionamiento normal, ya que los interruptores semiconductores solo se activan una vez que el condensador de salida es anormal, y tampoco se generaría calor a partir de los interruptores de relé, reduciendo así las pérdidas de calor y aumentando la eficiencia.

2. El circuito de protección utilizado para la protección de energía anormal podría reducir los costos del sistema.

3. Solo se utiliza un circuito de protección para lograr la protección de energía anormal, lo que aumenta el área disponible de la placa de circuito impreso.

4. La estructura conectada en paralelo del circuito de protección aumenta la expansión del mismo.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un sistema de conversión de potencia con protección de energía anormal, el sistema de conversión de potencia que comprende:

una pluralidad de fuentes de alimentación de entrada de CC (Vdc1-Vd-cn),

una pluralidad de convertidores de potencia de CC (11-1n), donde un lado de entrada de cada convertidor de potencia de CC (11-1n) está acoplado respectivamente a una de las fuentes de alimentación de entrada de CC (Vdc1-Vdcn), y los lados de salida de los convertidores de potencia de CC (11-1n) están acoplados en paralelo entre sí para formar un bus de salida de CC (30),

dos condensadores de salida (41, 42) acoplados en serie entre un extremo de voltaje de bus positivo (Vb+) y un extremo de voltaje de bus negativo (Vb-) del bus de salida de CC (30) ,

caracterizado porque comprende adicionalmente un circuito de protección (20) acoplado entre el extremo de voltaje positivo de cada una de las fuentes de alimentación de entrada de CC (Vdc1-Vdcn) y el extremo de voltaje negativo de una de las fuentes de alimentación de entrada de CC (Vdc1-Vdcn), y una unidad de control (50) configurada para controlar el circuito de protección (20), donde el circuito de protección (20) comprende: una resistencia (Ri) y un primer interruptor semiconductor (Qa) acoplados en serie con la resistencia (Ri) para formar una rama auxiliar conectada en serie, ya sea un segundo interruptor semiconductor (Qb) acoplado en paralelo a la rama auxiliar conectada en serie o una pluralidad de segundos interruptores semiconductores (Qb1-Qbn) cada uno de ellos acoplado entre una respectiva de las fuentes de alimentación de entrada de CC (Vdc1-Vdcn) y la salida del circuito de protección (20), y una pluralidad de diodos (D1-Dn) cada uno acoplado a una respectiva de las fuentes de alimentación de entrada de CC (Vdc1-Vdcn) y la entrada de la rama auxiliar conectada en serie, donde cuando uno cualquiera de los dos condensadores de salida (41,42) es anormal, la unidad de control (50) está configurada para conectar el primer interruptor semiconductor (Qa) y, después de un tiempo de retardo, para conectar también el segundo interruptor semiconductor (Qb) o la pluralidad de segundos interruptores semiconductores (Qb1-Qbn) de modo que el circuito de protección (20) está configurado para desacoplar las fuentes de alimentación de entrada de CC (Vdc1-Vdcn) de los dos condensadores de salida (41,42) cortocircuitando las trayectorias entre las fuentes de alimentación de entrada de CC (Vdc1-Vdcn) y los convertidores de alimentación de CC (11-1 n).

2. El sistema de conversión de potencia con protección de energía anormal de la reivindicación 1, donde un extremo de ánodo de cada diodo (D1-Dn) está acoplado a un extremo de voltaje positivo de la fuente de alimentación de entrada de CC (Vdc1-Vdcn), y extremos de cátodo de los diodos (D1-Dn) acoplados comúnmente entre sí para formar un punto de conexión común de cátodo,

donde el punto de conexión común del cátodo está acoplado a un extremo de la rama auxiliar conectada en serie y un primer extremo del segundo interruptor semiconductor (Qb), y el otro extremo de la rama auxiliar conectada en serie y un segundo extremo del segundo interruptor semiconductor (Qb) está acoplado a un extremo de voltaje negativo de cualquiera de las fuentes de alimentación de entrada de CC (Vdc1-Vdcn).

3. El sistema de conversión de potencia con protección de energía anormal de la reivindicación 1, donde un extremo de ánodo de cada diodo (D1-Dn) está acoplado a un extremo de voltaje positivo de la fuente de alimentación de entrada de CC (Vdc1-Vdcn), y extremos de cátodo de los diodos (D1-Dn) acoplados comúnmente entre sí para formar un punto de conexión común de cátodo,

donde el punto de conexión común del cátodo está acoplado a un extremo de la rama auxiliar conectada en serie y el otro extremo de la rama auxiliar conectada en serie está acoplado a un extremo de voltaje negativo de una cualquiera de las fuentes de alimentación de entrada de CC (Vdc1-Vdcn), y un primer extremo de cada segundo interruptor semiconductor (Qb 1-Qbn) está acoplado a un extremo de voltaje positivo de la fuente de alimentación de entrada de CC (Vdc1-Vdcn) y los segundos extremos de los segundos interruptores semiconductores (Qb 1-Qbn) están acoplados comúnmente al otro extremo de la rama auxiliar conectada en serie.

4. El sistema de conversión de potencia con protección de energía anormal de una de las reivindicaciones 1 a 3, donde el primer interruptor semiconductor (Qa), o el segundo interruptor semiconductor (Qb, Qb1-Qbn) es un rectificador controlado de silicio, un transistor de efecto de campo de metal-óxido-semiconductor, un transistor bipolar de puerta aislada o un transistor de unión bipolar.

5. El sistema de conversión de potencia con protección de energía anormal de la reivindicación 1, donde la unidad de control (50) acoplada al circuito de protección (20) está configurada para recibir una señal de estado de voltaje (Sv) proporcionada desde el bus de salida de CC (30) para determinar si alguno de los dos condensadores de salida (41, 42) es anormal.

6. Un sistema de conversión de potencia con protección de energía anormal, el sistema de conversión de potencia que comprende:

una pluralidad de fuentes de alimentación de entrada de CC (Vdc1-Vdcn),

caracterizado porque comprende adicionalmente un circuito de protección (20) acoplado en paralelo a la conexión en serie de los dos condensadores de salida (41, 42) entre los convertidores de potencia de CC (11-1n) y los dos condensadores de salida (41,42), y una unidad de control (50) configurada para controlar el circuito de protección (20), donde el circuito de protección (20) comprende:

una resistencia (Ri) y un primer interruptor semiconductor (Qa) acoplados a la resistencia (Ri) para formar una rama auxiliar conectada en serie, un segundo interruptor semiconductor (Qb) acoplado en paralelo a la rama auxiliar conectada en serie, y

un diodo (Dd) acoplado entre el extremo de voltaje de bus positivo y la rama auxiliar conectada en serie,

donde cuando cualquiera de los dos condensadores de salida (41,42) es anormal, la unidad de control (50) está configurada para conectar el primer interruptor semiconductor (Qa) y, después de un tiempo de retardo, para conectar también el segundo interruptor semiconductor (Qb) de modo que el circuito de protección (20) está configurado para desacoplar las fuentes de alimentación de entrada de CC (Vdc1-Vdcn) de los dos condensadores de salida (41,42) cortocircuitando las trayectorias entre los convertidores de alimentación de CC (11-1n) y los dos condensadores de salida (41,42).

7. El sistema de conversión de potencia con protección de energía anormal de la reivindicación 6, donde un ánodo del diodo (Dd) está acoplado al extremo de voltaje de bus positivo (Vb+) del bus de salida de CC (30), y un cátodo del diodo (Dd) está acoplado a un extremo de la rama auxiliar conectada en serie y un primer extremo del segundo interruptor semiconductor (Qb), y el otro extremo de la rama auxiliar conectada en serie y un segundo extremo del segundo interruptor semiconductor (Qb) están acoplados al extremo de voltaje de bus negativo (Vb-) del bus de salida de CC (30).

8. El sistema de conversión de potencia con protección de energía anormal de una de las reivindicaciones 6-7, donde el primer interruptor semiconductor (Qa),o el segundo interruptor semiconductor (Qb) es un rectificador controlado de silicio, un transistor de efecto de campo semiconductor de óxido metálico, un transistor bipolar de puerta aislada o un transistor de unión bipolar.

9. El sistema de conversión de potencia con protección de energía anormal de la reivindicación 6, donde una unidad de control (50) acoplada al circuito de protección (20) y configurada para recibir una señal de estado de voltaje (Sv) proporcionada desde el bus de salida de CC (30) para determinar si alguno de los dos condensadores de salida (41,42) es anormal.

10. Un procedimiento de operación de un sistema de conversión de potencia con protección de energía anormal, comprendiendo el sistema de conversión de potencia una pluralidad de fuentes de alimentación de entrada de CC (Vdc1-Vdcn), una pluralidad de convertidores de alimentación de CC (11-1n) y dos condensadores de salida (41, 42),

caracterizado porque el procedimiento comprende las etapas de:

(a) proporcionar un circuito de protección (20), y el circuito de protección (20) acoplado entre el extremo de voltaje positivo de cada una de las fuentes de alimentación de entrada de CC (Vdc1-Vdcn) y el extremo de voltaje negativo de una de las fuentes de alimentación de entrada de CC (Vdc1-Vdcn), donde el circuito de protección (20) comprende: una resistencia (Ri) y un primer interruptor semiconductor (Qa) acoplado en serie con la resistencia (Ri) para formar una rama auxiliar conectada en serie, ya sea un segundo interruptor semiconductor (Qb) acoplado en paralelo a la rama auxiliar conectada en serie o una pluralidad de segundos interruptores semiconductores (Qb 1-Qbn) acoplados cada uno de ellos entre una respectiva de las fuentes de alimentación de entrada de CC (Vdc1-Vdcn) y la salida del circuito de protección (20), y una pluralidad de diodos (D1-Dn) conectados cada uno entre una respectiva de las fuentes de alimentación de CC (Vcd1-Vdcn) y la entrada auxiliar conectada en serie,

(b) detectar si alguno de los dos condensadores de salida (41,42) es anormal, y

(c) controlar el circuito de protección (20) para desacoplar las fuentes de alimentación de entrada de CC (Vdc1 Vdcn) de los dos condensadores de salida (41, 42) cortocircuitando las trayectorias entre las fuentes de alimentación de entrada de CC (Vdc1-Vdcn) y los convertidores de alimentación de CC (11-1n) cuando uno cualquiera de los dos condensadores de salida (41,42) es anormal al conectar el primer interruptor semiconductor (Qa) y, después de un tiempo de retardo, también el segundo interruptor semiconductor (Qb) o la pluralidad de segundos interruptores semiconductores (Qb1-Qbn).

11. El procedimiento de operación del sistema de conversión de potencia con protección de energía anormal de la reivindicación 10, donde un extremo de ánodo de cada diodo (D1-Dn) se acopla a un extremo de voltaje positivo de la fuente de alimentación de entrada de CC (Vdc1-Vdcn), y los extremos de cátodo de los diodos (D1-Dn) se acoplan comúnmente entre sí para formar un punto de conexión común de cátodo, donde el punto de conexión común de cátodo se acopla a un extremo de la rama auxiliar conectada en serie y un primer extremo del segundo interruptor semiconductor (Qb), y el otro extremo de la rama auxiliar conectada en serie y un segundo extremo del segundo interruptor semiconductor (Qb) se acopla a un extremo de voltaje negativo de una cualquiera de las fuentes de alimentación de entrada de CC (Vdc1-Vdcn), donde una primera rama se forma por la pluralidad de diodos (D1-Dn), la resistencia (Ri), y el primer interruptor semiconductor (Qa), y una segunda rama se forma por los diodos (Ddc1-Dn), y el segundo interruptor semiconductor (Qb),

en la etapa (c), en primer lugar conectar el primer interruptor semiconductor (Qa) para hacer que la energía eléctrica generada a partir de las fuentes de alimentación de entrada de CC (Vdc1 -Vdcn) sea suministrada a través de la primera rama, y a continuación conectar el segundo interruptor semiconductor (Qb) después de un tiempo de retardo para hacer que la energía eléctrica sea suministrada a través de la segunda rama cuando cualquiera de los dos condensadores de salida (41, 42) es anormal.

12. El procedimiento de operación del sistema de conversión de potencia con protección de energía anormal de la reivindicación 10, donde un extremo de ánodo de cada diodo (D1-Dn) se acopla a un extremo de voltaje positivo de la fuente de alimentación de entrada de CC (Vdc1-Vdcn), y los extremos de cátodo de los diodos (D1-Dn) se acoplan comúnmente entre sí para formar un punto de conexión común de cátodo, donde el punto de conexión común de cátodo se acopla a un extremo de la rama auxiliar conectada en serie y el otro extremo de la rama auxiliar conectada en serie se acopla a un extremo de voltaje negativo de una cualquiera de las fuentes de alimentación de entrada de CC (Vdc1-Vdcn), y un primer extremo de cada segundo interruptor semiconductor (Qb1-Qbn) está acoplado a un extremo de voltaje positivo de la fuente de alimentación de entrada de CC (Vdc1-Vdcn) y segundos extremos de los segundos interruptores semiconductores (Qb1-Qbn) están acoplados comúnmente al otro extremo de la rama auxiliar conectada en serie, donde una primera rama está formada por la pluralidad de diodos (D1-Dn), la resistencia (Ri) y el primer interruptor semiconductor (Qa), y una segunda rama está formada por la pluralidad de segundos interruptores semiconductores (Qb1-Qbn),

en la etapa (c), en primer lugar conectar el primer interruptor semiconductor (Qa) para hacer que la energía eléctrica generada a partir de las fuentes de alimentación de entrada de CC (Vdc1 -Vdcn) sea suministrada a través de la primera rama, y a continuación conectar los segundos interruptores semiconductores (Qb1-Qbn) después de un tiempo de retardo para hacer que la energía eléctrica sea suministrada a través de la segunda rama cuando cualquiera de los dos condensadores de salida (41, 42) es anormal.

13. Un procedimiento de operación de un sistema de conversión de potencia con protección de energía anormal, comprendiendo el sistema de conversión de potencia una pluralidad de fuentes de alimentación de entrada de CC (Vdc1-Vdcn), una pluralidad de convertidores de alimentación de CC (11-1n) y dos condensadores de salida (41, 42), caracterizado porque el procedimiento comprende las etapas de:

(a) proporcionar un circuito de protección (20), y el circuito de protección (20) acoplado en paralelo a la conexión en serie de los dos condensadores de salida (41, 42), entre los convertidores de potencia de CC (11-1 n) y los dos condensadores de salida (41,42), donde el circuito de protección (20) comprende: una resistencia (Ri) y un primer interruptor semiconductor (Qa) acoplado a la resistencia (Ri) para formar una rama auxiliar conectada en serie, un segundo interruptor semiconductor (Qb) acoplado en paralelo a la rama auxiliar conectada en serie, y un diodo (Dd) acoplado entre el extremo de voltaje de bus positivo y la rama auxiliar conectada en serie en serie, (b) detectar si alguno de los dos condensadores de salida (41,42) es anormal, y

(c) controlar el circuito de protección (20) para desacoplar las fuentes de alimentación de entrada de CC (Vdc1-Vdcn) de los dos condensadores de salida (41, 42) cortocircuitando las trayectorias del circuito entre los convertidores de alimentación de CC (11-1n) y los dos condensadores de salida (41,42) cuando cualquiera de los dos condensadores de salida (41, 42) es anormal, encendiendo el primer interruptor semiconductor (Qa) y después de un tiempo de retardo también el segundo interruptor semiconductor (Qb).

14. El procedimiento de operación del sistema de conversión de potencia con protección de energía anormal de la reivindicación 13, donde un ánodo del diodo (Dd) se acopla al extremo de voltaje de bus positivo (Vb+) del bus de salida de CC (30), y un cátodo del diodo (Dd) se acopla a un extremo de la rama auxiliar conectada en serie y un primer extremo del segundo interruptor semiconductor (Qb), y el otro extremo de la rama auxiliar conectada en serie y un segundo extremo del segundo interruptor semiconductor (Qb) se acoplan al extremo de voltaje de bus negativo (Vb-) del bus de salida de CC (30), donde una primera rama está formada por el diodo (Dd), la resistencia (Ri) y el primer interruptor semiconductor (Qa), y una segunda rama está formada por el diodo (Dd) y el segundo interruptor semiconductor (Qb), en la etapa (c), conectar primero el primer interruptor semiconductor (Qa) para hacer que la energía eléctrica generada a partir de las fuentes de alimentación de entrada de CC (Vdc1-Vdcn) se entregue a través de la primera rama, y a continuación conectar el segundo interruptor semiconductor (Qb) después de un tiempo de retardo para hacer que la energía eléctrica se suministre a través de la segunda rama cuando cualquiera de los dos condensadores de salida (41, 42) es anormal.