ES2954855T3 - Sistema y procedimiento para conversión de potencia - Google Patents

Sistema y procedimiento para conversión de potencia Download PDF

Info

Publication number
ES2954855T3
ES2954855T3 ES12161962T ES12161962T ES2954855T3 ES 2954855 T3 ES2954855 T3 ES 2954855T3 ES 12161962 T ES12161962 T ES 12161962T ES 12161962 T ES12161962 T ES 12161962T ES 2954855 T3 ES2954855 T3 ES 2954855T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
power
converted
bridge
transformers
bridges
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES12161962T
Other languages
English (en)
Inventor
Ravisekhar Nadimpalli Raju
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
Application granted granted Critical
Publication of ES2954855T3 publication Critical patent/ES2954855T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/49—Combination of the output voltage waveforms of a plurality of converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
    • H02J2300/28—The renewable source being wind energy
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/381—Dispersed generators
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/76—Power conversion electric or electronic aspects

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

Se proporciona un inversor multinivel (22). El inversor multinivel (22) incluye una pluralidad de puentes (60), cada puente configurado para recibir una porción respectiva de una energía CC de entrada (32) y convertir la porción respectiva en una energía CA convertida respectiva (44). El inversor multinivel (22) también incluye al menos un controlador de puente (42) para operar al menos uno de la pluralidad de puentes (60) en un modo de forma de onda cuadrada. El inversor multinivel (22) incluye además una pluralidad de transformadores (48), cada transformador acoplado a un puente respectivo (60) y configurado para aumentar un nivel de voltaje de la porción respectiva de potencia de CA convertida (44). La pluralidad de transformadores (48) incluye además devanados secundarios (70) acoplados en serie con los otros devanados secundarios (70) para combinar las respectivas porciones de nivel de voltaje aumentado de la potencia de CA convertida (44). El inversor multinivel (22) también incluye un convertidor de red (52) configurado para proporcionar potencia de salida (34) para una red eléctrica (36). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema y procedimiento para conversión de potencia
[0001] Diversos modos de realización de la presente invención se refieren, en general, a un sistema para generar potencia de alto voltaje en una turbina de fluidos.
[0002] Las turbinas de fluidos, tales como las turbinas eólicas y los dispositivos hidrocinéticos marinos, generan electricidad a partir de la energía cinética de fluidos, tales como el viento y el agua, que se transmite a redes eléctricas para su distribución. Por ejemplo, una turbina eólica incluye típicamente un componente de rotor que convierte la energía cinética del viento en energía mecánica y un generador síncrono que convierte la energía mecánica en potencia de corriente alterna (CA) de frecuencia variable y bajo voltaje. La potencia de CA generada por el generador síncrono se ajusta a través de un sistema de conversión de potencia antes de transmitirse a una o más redes eléctricas para su posterior distribución.
[0003] En un sistema de conversión de potencia convencional, la potencia de CA de bajo voltaje y frecuencia variable se alimenta a un convertidor de CA a CC dispuesto dentro de la torre de la turbina eólica por medio de un cable de bajo voltaje. En un ejemplo no limitante, el cable de bajo voltaje incluye cables con capacidad para transmitir potencia con un voltaje por debajo de 1000 voltios. El convertidor de CA a CC convierte la potencia de CA de frecuencia variable en potencia de corriente continua (CC). La potencia de CC se transmite a un inversor por medio de un enlace de CC, y el inversor proporciona como salida una potencia de CA modulada por ancho de pulso de frecuencia fija. Además, la potencia de CA modulada por ancho de pulso de frecuencia fija se filtra para generar una potencia de CA de frecuencia fija sinusoidal. La potencia de CA sinusoidal se transfiere a un transformador elevador que convierte la potencia de CA de bajo voltaje en una potencia de CA de alto voltaje. El uso de los inversores para la modulación por ancho de pulso de la potencia de CC en dichos modos de realización puede dar como resultado pérdidas de eficacia y, además, requiere filtros voluminosos y costosos para generar la potencia de CA sinusoidal. Además, los cables de bajo voltaje que se usan para transferir potencia de CA de bajo voltaje a los convertidores CA/CC son grandes, pesados y costosos. Además, los transformadores son grandes y voluminosos. Además, en modos de realización en los que se instala un convertidor de CA/CC en alta mar para recoger la potencia de CA de varias turbinas eólicas y convertir la potencia de CA en potencia de CC adecuada para transmisiones a larga distancia, se incurre en costes adicionales.
[0004] Se conocen diversos dispositivos y técnicas convencionales, por ejemplo, a partir de los documentos WO 2011/024137, US 2004/252531, US 6,198,178, US 7,808,125, US 6,556,461 y WO 2006/107548.
[0005] Por lo tanto, existe la necesidad de un sistema mejorado y menos costoso para abordar los problemas mencionados anteriormente.
[0006] Por lo tanto se proporciona la presente invención, como se define por las reivindicaciones adjuntas.
[0007] Diversas características, aspectos y ventajas de la presente invención se entenderán mejor cuando se lea la siguiente descripción detallada con referencia a los dibujos adjuntos en los que los caracteres similares representan partes similares a lo largo de los dibujos, en los que:
La FIG. 1 es una representación esquemática parcial de un sistema de turbina eólica que incluye un sistema de conversión de potencia de acuerdo con un modo de realización de ejemplo de la invención.
La FIG. 2 es una representación en diagrama de bloques de un sistema de conversión de potencia que representa una pluralidad de inversores multinivel acoplados a cada fase de un sistema de conversión de potencia multifase de acuerdo con un modo de realización de la invención.
La FIG. 3 es una representación en diagrama de bloques de un inversor multinivel acoplado a una sola fase de acuerdo con un modo de realización de la invención.
La FIG. 4 es una representación esquemática detallada de un inversor multinivel que representa el acoplamiento entre los diversos componentes del inversor multinivel de acuerdo con un modo de realización de la invención.
La FIG. 5 es una representación gráfica de ejemplo de diversas partes de potencia de CA convertida con un voltaje incrementado en un modo de forma de onda cuadrada en una salida de los respectivos devanados secundarios generados por una pluralidad de puentes en un inversor multinivel de acuerdo con un modo de realización de la invención.
La FIG. 6 es una representación gráfica de ejemplo de una potencia de CA convertida combinada en un modo de forma de onda cuadrada generada por una pluralidad de puentes en un inversor multinivel de acuerdo con un modo de realización de la invención.
La FIG. 7 es una representación gráfica de ejemplo de una forma de onda sinusoidal generada por un convertidor de red desde un modo de forma de onda cuadrada de acuerdo con un modo de realización de la invención.
La FIG. 8 es un diagrama de flujo que representa las etapas que intervienen en un procedimiento de conversión de potencia de acuerdo con un modo de realización de la invención.
[0008] Modos de realización de la presente invención incluyen un inversor multinivel. El inversor multinivel incluye una pluralidad de puentes en los que cada puente recibe una parte respectiva de una potencia de CC de entrada y convierte la parte respectiva en una potencia de CA convertida respectiva. El inversor multinivel también incluye al menos un controlador de puente que controla la operación de al menos uno de la pluralidad de puentes en un modo de forma de onda cuadrada. El inversor multinivel incluye además una pluralidad de transformadores en los que cada uno de la pluralidad de transformadores incluye un devanado principal que está eléctricamente acoplado a un puente respectivo. El devanado principal está emparejado con un devanado secundario que está eléctricamente acoplado en serie con los otros devanados secundarios. El devanado principal recibe la parte respectiva de la potencia de CA convertida y la transfiere al devanado secundario, lo que da como resultado un incremento en el nivel de voltaje de la parte respectiva de la potencia de CA convertida. Las partes respectivas de la potencia de CA convertida se combinan mediante los devanados secundarios conectados en serie para formar una potencia de CA combinada. La potencia de CA combinada se transfiere a un convertidor de red acoplado eléctricamente a los devanados secundarios conectados en serie y proporciona potencia de salida para una red eléctrica. Como se usa en el presente documento, los términos "un" y "una" no indican una limitación de cantidad, sino que indican la presencia de al menos uno del elemento al que se hace referencia, y el término "acoplado/a" o "acoplamiento" incluye cualquier tipo de acoplamiento adecuado y también incluye tanto el acoplamiento directo como el indirecto. Aunque se usan dibujos con una sola línea con propósitos de ejemplo, cada una de las líneas eléctricas del dibujo representa típicamente dos o tres líneas/cables físicos, dependiendo del contexto.
[0009] La FIG. 1 es una representación esquemática parcial de una fuente de potencia que se muestra con propósitos de ejemplo como un sistema de turbina eólica 10 que incluye un sistema de conversión de potencia 12 de acuerdo con un modo de realización de la invención. El sistema de turbina eólica 10 incluye una torre 14, una góndola 16 fijada en la parte superior de la torre 14 y un rotor 18 acoplado mecánicamente a la góndola 16. La góndola 16 incluye el sistema de conversión de potencia 12 dispuesto dentro de la góndola 16 del sistema de turbina eólica 10. El sistema de conversión de potencia 12 recibe la energía mecánica del rotor 18 y convierte la energía mecánica en una potencia de salida adecuada para su transmisión en una red eléctrica por medio de un cable de alto voltaje 20. En aplicaciones eólicas en alta mar, por ejemplo, a menudo será deseable tener potencia de salida de CC con dos cables 20 (uno positivo y otro negativo). En algunas aplicaciones, la potencia de salida comprenderá potencia multifásica con un cable 20 presente para cada fase.
[0010] La FIG. 2 es una representación en diagrama de bloques del sistema de conversión de potencia 12 que representa una pluralidad de inversores multinivel 22, cada uno acoplado a una fase respectiva de un sistema de conversión de potencia multifase 12 de acuerdo con un modo de realización de la invención. En la FIG. 2 se muestran tres fases con propósitos de ejemplo, pero se pueden usar otro número de fases. Por ejemplo, en modos de realización en los que la potencia de salida comprende potencia de salida de CC o potencia de salida monofásica, se puede usar un solo inversor multinivel 22. El rotor 18 transfiere la potencia mecánica 24 al sistema de conversión de potencia 12. El sistema de conversión de potencia 12 incluye, en el ejemplo de turbina eólica, un generador 26 que recibe la potencia mecánica 24 y convierte la potencia mecánica 24 en potencia fuente, que se muestra como potencia fuente 28. La potencia fuente 28 se transfiere a un rectificador de generador 30 acoplado al generador 26. El rectificador de generador 30 convierte la potencia fuente 28 en una potencia de CC de entrada 32. En modos de realización tales como modos de realización de turbina eólica en los que la potencia fuente comprende una fuente de potencia de CA, el rectificador de generador puede comprender un rectificador de tipo CA a cC. En los modos de realización en los que la fuente de potencia comprende una fuente de potencia de CC, tales como modos de realización de generación de energía solar, el rectificador de generador puede comprender un rectificador de tipo CC a CC o puede no ser necesario.
[0011] En un modo de realización, la potencia de CC de entrada 32 se transfiere a continuación a al menos un inversor multinivel 22. Cada inversor multinivel 22 recibe una parte respectiva de la potencia de CC de entrada 32 y genera una potencia de salida 34 para una red eléctrica 36 de la fase respectiva del inversor multinivel. En un modo de realización, la potencia de salida 34 es una potencia de alto voltaje que se transmite a la red eléctrica 36 usando cables de alto voltaje 20 (FIG. 1).
[0012] La FIG. 3 es una representación en diagrama de bloques de un inversor multinivel 22 de acuerdo con un modo de realización de la invención. Cada inversor multinivel 22 incluye un inversor de alta frecuencia 40 acoplado a un controlador de puente 42 que controla las operaciones del inversor de alta frecuencia 40. El inversor de alta frecuencia 40 recibe la parte de potencia de CC de entrada 32 del rectificador de generador 30 y convierte la potencia de CC de entrada 32 en una potencia de CA convertida 44 en base a las señales de control 46 proporcionadas por el controlador de puente 42. La potencia de CA convertida 44 se transmite a una pluralidad de transformadores de alta frecuencia 48 que incrementan un nivel de voltaje de la potencia de CA convertida 44. En consecuencia, la potencia de CA convertida 44 con el nivel de voltaje incrementado se combina para formar la potencia de CA combinada 50.
La potencia de CA combinada 50 se transfiere a un convertidor de red 52 acoplado eléctricamente a la pluralidad de transformadores 48. En algunos modos de realización, el convertidor de red 52 está controlado por un controlador de red 54 y recibe señales de control 56 del controlador de red 54 para generar la potencia de salida 34 a partir de la potencia de CA combinada 50 y/o para proporcionar potencia desde la red eléctrica a la fuente de potencia en situaciones en las que la fuente de potencia requiere el apoyo de la red. En modos de realización con controladores de puente y de red, el controlador de puente 42 y el controlador de red 54 pueden ser una parte integrante de una unidad o pueden estar en unidades separadas. En otro modo de realización, el controlador de puente 42 y el controlador de red 54 pueden ser una parte integrante del inversor de alta frecuencia 40 o del convertidor de red 52, respectivamente.
[0013] La FIG. 4 es una representación esquemática detallada del inversor multinivel 22 que representa el acoplamiento entre los diversos componentes del inversor multinivel 22 de acuerdo con un modo de realización de la invención. El inversor de alta frecuencia 40 incluye una pluralidad de puentes 60 que operan a alta frecuencia para generar la potencia de CA convertida 44 a partir de la potencia de CC de entrada 32. Cada uno de la pluralidad de puentes 60 recibe una parte respectiva de la potencia de CC de entrada 32 y convierte la parte respectiva de la potencia de CC de entrada 32 en una potencia de CA convertida respectiva 44. La pluralidad de puentes 60 están acoplados al controlador de puente 42 que controla las operaciones de conmutación de la pluralidad de puentes 60. En un modo de realización, la pluralidad de puentes 60 incluye un primer puente 62, un segundo puente 64 y un tercer puente 66. Aunque se muestran tres puentes, la invención no se limita a tres modos de realización de puente. Se puede usar un número menor o mayor de puentes para lograr la resolución deseada.
[0014] El controlador de puente 42 proporciona señales de control 46 (FIG. 3) para operar al menos uno de la pluralidad de puentes en un modo de forma de onda cuadrada. En un modo de realización más específico, el controlador de puente 42 proporciona señales de control para operar al menos uno de los puentes al menos parcialmente en un modo de ciclo de trabajo y para operar al menos algunos de los puentes restantes en modos de forma de onda cuadrada. En otro modo de realización, el controlador de puente proporciona señales de control para operar uno de los puentes al menos parcialmente en un modo de ciclo de trabajo y para operar los puentes restantes completamente en modos de forma de onda cuadrada. En algunos modos de realización donde se requiere menos resolución, el controlador de puente puede proporcionar señales de control para operar todos los puentes completamente en modo de forma de onda cuadrada. La pluralidad de puentes 60 opera simultáneamente para generar partes en fase o fuera de fase de la potencia de CA convertida 44. La fase de las respectivas partes de la potencia de CA convertida 44 depende del punto de forma de onda que se generará, de modo que las polaridades de las respectivas partes de la potencia de CA convertida 44 sean aditivas o sustractivas, lo que da como resultado un voltaje de salida neto que se parece mucho a un voltaje de referencia sinusoidal.
[0015] Las respectivas partes convertidas de la potencia de CA 44 se transfieren a los respectivos transformadores 48 acoplados eléctricamente a los respectivos puentes 60. Cada uno de la pluralidad de transformadores 48 incluye un devanado principal 68 acoplado eléctricamente al puente respectivo 60 y un devanado secundario 70 emparejado con el devanado principal 68 y acoplado eléctricamente en serie con los otros devanados secundarios. En un modo de realización, la pluralidad de transformadores 48 incluye al menos un transformador 48 que tiene una relación de transformación (“turn ratio”) diferente del devanado principal 68 y del respectivo devanado secundario 70 que otro transformador 48. En este modo de realización, cada uno de la pluralidad de transformadores 48 incrementa el nivel de voltaje de la parte respectiva de la potencia de CA convertida 44 en base a su relación de transformación respectiva. En un modo de realización, se preestablecen diferentes relaciones de transformación para generar un voltaje de salida neto multinivel deseado. Las partes respectivas de la potencia de CA convertida 44 en cada uno de los devanados secundarios 70 se suman para formar una potencia de CA combinada 72. La magnitud de la potencia de CA combinada 72 representa el voltaje de referencia sinusoidal.
[0016] La potencia de CA combinada 72 se transfiere al convertidor de red 52 acoplado eléctricamente a los devanados secundarios 70 acoplados en serie. El convertidor de red 52 puede estar acoplado a un controlador de red 54 que controla el convertidor de red 52 para generar la potencia de salida 34 para la red eléctrica 36. La potencia de salida 34 puede incluir potencia de salida de CC o potencia de salida de CA. Como se ilustra, el convertidor de red 52 incluye una pluralidad de diodos y conmutadores 74 acoplados eléctricamente entre sí.
[0017] En modos de realización en los que se genera potencia de salida de CC 34, el convertidor de red 52 no necesita comprender ningún dispositivo controlable. En dichos modos de realización, el convertidor de red 52 puede incluir un puente de diodos para rectificar la potencia de CA combinada 72 para generar la potencia de salida de CC 34. Sin embargo, si se desea una flexibilidad adicional, dispositivos controlables, tales como rectificadores controlados de silicio o tiristores de apagado de puerta, serán útiles para permitir el flujo de potencia bidireccional, lo cual es útil en circunstancias en las que una turbina eólica no recibe demasiada potencia, por ejemplo, y el suministro de potencia desde la red eléctrica 36 a la turbina eólica 10 permitiría la puesta en marcha de la turbina eólica 10 sin necesidad de almacenamiento de energía en la torre 14.
[0018] En modos de realización en los que se genera potencia de salida de CA 34, se incluirán dispositivos controlables. En dichos modos de realización, el convertidor de red 52 opera como un convertidor de CA a CA y convierte la potencia de CA combinada 72 en la potencia de salida de CA en una forma de onda sinusoidal que tiene un nivel de frecuencia (típicamente un nivel de frecuencia más bajo) compatible para su transmisión en la red eléctrica 36 (FIG. 2).
[0019] La FIG. 5 es una representación gráfica de ejemplo de varias partes de la potencia de CA convertida con un voltaje incrementado en un modo de forma de onda cuadrada en la salida de al menos algunos de los respectivos devanados secundarios 70 de acuerdo con un modo de realización de la invención. El eje X 76 representa el tiempo y el eje Y 78 representa el voltaje. Los niveles de voltaje de las diferentes formas de onda 80 (más alta), 82 (media) y 84 (más baja) están controlados por las respectivas relaciones de transformación de transformador en un modo de realización. De acuerdo con un modo de realización de la invención, los voltajes 80 y 82 tienen formas de onda sustancialmente cuadradas, mientras que la forma de onda 84 está modulada por ciclo de trabajo. Los símbolos de interrupción de la línea de tiempo se usan de modo que la escala del concepto pueda verse más fácilmente. En la práctica, probablemente habrá más ciclos de los que se muestran en las FIGS. 5 y 6.
[0020] Como se ilustra, por ejemplo, durante el intervalo de tiempo Ta, el primer puente 62 se controla para proporcionar un voltaje cero, mientras que el segundo puente 64 y el tercer puente 66 se controlan de modo que estén desfasados. Durante el intervalo de tiempo Tb, los puentes 62 y 64 generan formas de onda cuadradas 80 y 82, que están en oposición, mientras que el puente 66 se modula por ciclo de trabajo para generar la forma de onda 84. Durante el intervalo de tiempo Tc, los puentes 62 y 64 generan formas de onda cuadradas en fase, mientras que el puente 66 se controla para proporcionar un voltaje cero. Durante el intervalo de tiempo Td, los tres puentes generan formas de onda cuadradas en fase. La descripción mencionada anteriormente es para noventa grados de la forma de onda sinusoidal y puede ampliarse para cubrir los 360 grados de la forma de onda y, a continuación, puede repetirse para generar la potencia de CA combinada 72 como se describe a continuación.
[0021] La FIG. 6 es una representación gráfica de ejemplo del voltaje neto 86 en los devanados secundarios 70 de la pluralidad de transformadores 48 que resulta de la suma de las formas de onda 80, 82 y 84 indicadas en la FIG. 5. El eje X 88 representa el tiempo y el eje Y 90 representa el voltaje. Como se observa, por ejemplo, la potencia de CA combinada 72 es la suma de los voltajes en los diversos puntos en el tiempo. Por ejemplo, en el intervalo de tiempo Ta, el puente de mayor voltaje 62 no genera voltaje, y los voltajes del puente de voltaje medio 64 se han reducido en la salida debido a que el puente de menor voltaje 66 se está desfasando; y, en el segundo intervalo Tb, el puente de mayor voltaje 62 está generando voltaje, el puente de voltaje medio 64 está operando en un modo desfasado para reducir la magnitud total del voltaje de salida, y el puente de menor voltaje 66 está operando en modo de tipo ciclo de trabajo que está en fase con el puente 62 para incrementar más estrechamente la cantidad de voltaje.
[0022] La FIG. 7 es una representación gráfica de ejemplo de una forma de onda de voltaje sustancialmente sinusoidal 92 generada por el convertidor de red 52 a partir de la potencia de CA combinada 72 de acuerdo con un modo de realización de la invención. El eje X 94 representa el tiempo y el eje Y 96 representa el voltaje. El convertidor de red 52 rectifica la forma de onda de voltaje neto de alta frecuencia 86 y proporciona un voltaje con una forma de onda sustancialmente sinusoidal 92 con la polaridad deseada en el punto de acoplamiento de la red eléctrica 36.
[0023] La FIG. 8 es un diagrama de flujo que representa las etapas que intervienen en un procedimiento de conversión de potencia 100 de acuerdo con un modo de realización de la invención. El procedimiento 100 incluye, para modos de realización con rotores, convertir la energía mecánica recibida de un rotor en potencia fuente. La potencia fuente se convierte en una potencia de CC de entrada. La potencia de CC de entrada se divide en una pluralidad de partes en la etapa 102. Cada una de las respectivas partes de la potencia de CC de entrada se convierte en una parte respectiva de potencia de CA convertida en la que al menos algunas de las partes de la potencia de CC de entrada se convierten usando una forma de onda cuadrada en la etapa 104. En un modo de realización, la pluralidad de puentes se conmutan a frecuencias iguales o superiores a unos pocos kilohercios para convertir la parte de la potencia de CC de entrada en la parte de potencia de CA convertida. El voltaje de la parte respectiva de la potencia de CA convertida se incrementa en la etapa 106. En un modo de realización particular, los voltajes de las respectivas partes de la potencia de CA convertida se incrementan a diferentes niveles. En otro modo de realización, los voltajes se incrementan a diferentes niveles usando una pluralidad de transformadores, teniendo al menos uno de los transformadores relaciones de transformación diferentes que otros de la pluralidad de transformadores. La potencia de CA convertida de voltaje incrementado se combina en serie para proporcionar una potencia de CA combinada en la etapa 108. La potencia de CA combinada se convierte para proporcionar potencia de salida para una red eléctrica en la etapa 110. En un modo de realización, la potencia de CA combinada se convierte en una potencia de salida de CC. En otro modo de realización, la potencia de CA combinada se convierte en una potencia de salida de CA.
[0024] Los diversos modos de realización del sistema de conversión de potencia descritos anteriormente permiten reducir el peso y el tamaño del sistema de conversión de potencia. La reducción da lugar a un tamaño compacto del sistema de conversión de potencia que se puede disponer dentro de la góndola, lo que da como resultado un mantenimiento sencillo y costes de sistema más bajos. Además, el sistema de conversión de potencia no requiere filtros grandes y esto incrementa significativamente la eficacia y reduce el coste y el tamaño del sistema de conversión de potencia. Además, se pueden emplear cables de alto voltaje para transferir la potencia de salida desde el sistema de conversión de potencia a la red. Además, en modos de realización en los que el sistema de conversión de potencia genera potencia de salida de CC que se puede transferir directamente desde el sistema de conversión de potencia a sistemas de transmisión de potencia a larga distancia, no se requiere un convertidor adicional de CA a CC en alta mar.

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. Un inversor multinivel (22), que comprende:
una pluralidad de puentes (60), cada puente configurado para recibir una parte respectiva de una potencia de CC de entrada (32) y convertir la parte respectiva de la potencia de Cc de entrada (32) en una parte respectiva de potencia de CA convertida (44);
al menos un controlador de puente (42) para operar al menos uno de la pluralidad de puentes (60) en un modo de forma de onda cuadrada;
una pluralidad de transformadores (48), cada transformador acoplado a un puente respectivo (60) y configurado para incrementar un nivel de voltaje de la parte respectiva de potencia de CA convertida (44) del puente respectivo (60), en los que cada uno de la pluralidad de transformadores (48) comprende un devanado principal (68) acoplado al puente respectivo (60) y un devanado secundario (70) emparejado con el devanado principal (68) y acoplado en serie con los demás devanados secundarios (70) para combinar las respectivas partes de nivel de voltaje incrementado de la potencia de CA convertida (44); y un convertidor de red (52) acoplado eléctricamente a los devanados secundarios conectados en serie (70) de la pluralidad de transformadores (48) y configurado para proporcionar potencia de salida (34) para una red eléctrica (36).
2. El inversor multinivel (22) de la reivindicación 1, en el que el controlador de puente (42) está configurado para proporcionar señales de control (46) para operar al menos uno de los puentes (60) al menos parcialmente en un modo de ciclo de trabajo y para operar al menos algunos de los puentes restantes en modos de forma de onda cuadrada.
3. El inversor multinivel (22) de la reivindicación 1, en el que el controlador de puente (42) está configurado para proporcionar señales de control (46) para operar todos los puentes (60) completamente en modos de forma de onda cuadrada.
4. El inversor multinivel (22) de cualquier reivindicación precedente, que comprende además un controlador de red (54) configurado para controlar la operación del convertidor de red (52).
5. El inversor multinivel (22) de cualquier reivindicación precedente, en el que al menos uno de la pluralidad de transformadores (48) comprende una relación de transformación diferente del devanado principal (68) y del respectivo devanado secundario (70) que otro de la pluralidad de transformadores (48).
6. El inversor multinivel (22) de la reivindicación 5, en el que la diferente relación de transformación genera un voltaje de salida neto multinivel (86).
7. Un sistema de conversión de potencia (12), que comprende:
una fuente de potencia; y
el inversor multinivel (22) de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6.
8. Un procedimiento (100) para la conversión de potencia, que comprende:
dividir una potencia de CC de entrada (32) en una pluralidad de partes de la potencia de CC de entrada (32);
convertir cada parte respectiva de la potencia de CC de entrada (32) en una parte respectiva de potencia de CA convertida (44), en el que al menos algunas de las partes de la potencia de CC de entrada (32) se convierten usando un modo de forma de onda cuadrada;
incrementar los voltajes de las respectivas partes de potencia de CA convertida (44);
combinar las partes de voltaje incrementado de la potencia de CA convertida (44) en serie para proporcionar una potencia de CA combinada (72); y
convertir la potencia de CA combinada (72) para proporcionar potencia de salida (34) para una red eléctrica (36).
9. El procedimiento de la reivindicación 8, en el que convertir la parte de la potencia de CC de entrada (32) en la parte de potencia de CA convertida (44) comprende conmutar una pluralidad de puentes (60) a frecuencias de unos pocos kilohercios o superiores.
10. El procedimiento de la reivindicación 8 o la reivindicación 9, en el que incrementar los voltajes de las respectivas partes de potencia de CA convertida (44) comprende incrementar los voltajes a diferentes niveles usando una pluralidad de transformadores (48), teniendo al menos uno de los transformadores (48) unas relaciones de transformación diferentes a otros de la pluralidad de transformadores (48) para proporcionar los voltajes a diferentes niveles.
ES12161962T 2011-03-30 2012-03-29 Sistema y procedimiento para conversión de potencia Active ES2954855T3 (es)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/075,224 US8310102B2 (en) 2011-03-30 2011-03-30 System and method for power conversion

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2954855T3 true ES2954855T3 (es) 2023-11-27

Family

ID=44559244

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES12161962T Active ES2954855T3 (es) 2011-03-30 2012-03-29 Sistema y procedimiento para conversión de potencia

Country Status (5)

Country Link
US (1) US8310102B2 (es)
EP (1) EP2506416B1 (es)
CN (1) CN102739095B (es)
DK (1) DK2506416T3 (es)
ES (1) ES2954855T3 (es)

Families Citing this family (74)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10693415B2 (en) 2007-12-05 2020-06-23 Solaredge Technologies Ltd. Testing of a photovoltaic panel
US11881814B2 (en) 2005-12-05 2024-01-23 Solaredge Technologies Ltd. Testing of a photovoltaic panel
US11569659B2 (en) 2006-12-06 2023-01-31 Solaredge Technologies Ltd. Distributed power harvesting systems using DC power sources
US8319483B2 (en) 2007-08-06 2012-11-27 Solaredge Technologies Ltd. Digital average input current control in power converter
US8473250B2 (en) 2006-12-06 2013-06-25 Solaredge, Ltd. Monitoring of distributed power harvesting systems using DC power sources
US8384243B2 (en) 2007-12-04 2013-02-26 Solaredge Technologies Ltd. Distributed power harvesting systems using DC power sources
US11296650B2 (en) 2006-12-06 2022-04-05 Solaredge Technologies Ltd. System and method for protection during inverter shutdown in distributed power installations
US8618692B2 (en) 2007-12-04 2013-12-31 Solaredge Technologies Ltd. Distributed power system using direct current power sources
US8013472B2 (en) 2006-12-06 2011-09-06 Solaredge, Ltd. Method for distributed power harvesting using DC power sources
US11735910B2 (en) 2006-12-06 2023-08-22 Solaredge Technologies Ltd. Distributed power system using direct current power sources
US8319471B2 (en) 2006-12-06 2012-11-27 Solaredge, Ltd. Battery power delivery module
US11855231B2 (en) 2006-12-06 2023-12-26 Solaredge Technologies Ltd. Distributed power harvesting systems using DC power sources
US9088178B2 (en) 2006-12-06 2015-07-21 Solaredge Technologies Ltd Distributed power harvesting systems using DC power sources
US8947194B2 (en) 2009-05-26 2015-02-03 Solaredge Technologies Ltd. Theft detection and prevention in a power generation system
US9130401B2 (en) 2006-12-06 2015-09-08 Solaredge Technologies Ltd. Distributed power harvesting systems using DC power sources
US8816535B2 (en) 2007-10-10 2014-08-26 Solaredge Technologies, Ltd. System and method for protection during inverter shutdown in distributed power installations
US11687112B2 (en) 2006-12-06 2023-06-27 Solaredge Technologies Ltd. Distributed power harvesting systems using DC power sources
US11728768B2 (en) 2006-12-06 2023-08-15 Solaredge Technologies Ltd. Pairing of components in a direct current distributed power generation system
US11888387B2 (en) 2006-12-06 2024-01-30 Solaredge Technologies Ltd. Safety mechanisms, wake up and shutdown methods in distributed power installations
US8963369B2 (en) 2007-12-04 2015-02-24 Solaredge Technologies Ltd. Distributed power harvesting systems using DC power sources
US11309832B2 (en) 2006-12-06 2022-04-19 Solaredge Technologies Ltd. Distributed power harvesting systems using DC power sources
US9112379B2 (en) 2006-12-06 2015-08-18 Solaredge Technologies Ltd. Pairing of components in a direct current distributed power generation system
US11264947B2 (en) 2007-12-05 2022-03-01 Solaredge Technologies Ltd. Testing of a photovoltaic panel
WO2009072076A2 (en) 2007-12-05 2009-06-11 Solaredge Technologies Ltd. Current sensing on a mosfet
CN105244905B (zh) 2007-12-05 2019-05-21 太阳能安吉有限公司 分布式电力装置中的安全机构、醒来和关闭方法
US8289742B2 (en) 2007-12-05 2012-10-16 Solaredge Ltd. Parallel connected inverters
EP2722979B1 (en) 2008-03-24 2022-11-30 Solaredge Technologies Ltd. Switch mode converter including auxiliary commutation circuit for achieving zero current switching
EP2294669B8 (en) 2008-05-05 2016-12-07 Solaredge Technologies Ltd. Direct current power combiner
WO2010111433A2 (en) * 2009-03-25 2010-09-30 Powergetics, Inc. Bidirectional energy converter
TW201112578A (en) * 2009-06-29 2011-04-01 Powergetics Inc High speed feedback adjustment of power charge/discharge from energy storage system
AU2010273752A1 (en) 2009-06-29 2012-02-02 Stem, Inc. High speed feedback for power load reduction using a variable generator
TWI413357B (zh) * 2010-02-24 2013-10-21 Nat Univ Tsing Hua Integrated Boost Compression Circuit with Integrated Boost Function
GB2485527B (en) 2010-11-09 2012-12-19 Solaredge Technologies Ltd Arc detection and prevention in a power generation system
US10230310B2 (en) 2016-04-05 2019-03-12 Solaredge Technologies Ltd Safety switch for photovoltaic systems
US10673229B2 (en) 2010-11-09 2020-06-02 Solaredge Technologies Ltd. Arc detection and prevention in a power generation system
US10673222B2 (en) 2010-11-09 2020-06-02 Solaredge Technologies Ltd. Arc detection and prevention in a power generation system
GB2486408A (en) 2010-12-09 2012-06-20 Solaredge Technologies Ltd Disconnection of a string carrying direct current
GB2483317B (en) 2011-01-12 2012-08-22 Solaredge Technologies Ltd Serially connected inverters
US9502897B2 (en) * 2011-02-12 2016-11-22 SolarBread LTD Systems and methods for photovoltaic micro-inverter power harvesting efficiency increase in shaded conditions
US8208274B2 (en) * 2011-04-28 2012-06-26 General Electric Company Alternating current to direct current power conversion
US8570005B2 (en) 2011-09-12 2013-10-29 Solaredge Technologies Ltd. Direct current link circuit
US8774977B2 (en) 2011-12-29 2014-07-08 Stem, Inc. Multiphase electrical power construction and assignment at minimal loss
US8803570B2 (en) * 2011-12-29 2014-08-12 Stem, Inc Multiphase electrical power assignment at minimal loss
US8922192B2 (en) 2011-12-30 2014-12-30 Stem, Inc. Multiphase electrical power phase identification
GB2498365A (en) 2012-01-11 2013-07-17 Solaredge Technologies Ltd Photovoltaic module
EP2621073A1 (en) * 2012-01-26 2013-07-31 Siemens Aktiengesellschaft Multilevel converter
US9853565B2 (en) 2012-01-30 2017-12-26 Solaredge Technologies Ltd. Maximized power in a photovoltaic distributed power system
GB2498790A (en) 2012-01-30 2013-07-31 Solaredge Technologies Ltd Maximising power in a photovoltaic distributed power system
GB2498791A (en) 2012-01-30 2013-07-31 Solaredge Technologies Ltd Photovoltaic panel circuitry
FR2986917B1 (fr) * 2012-02-13 2014-02-21 Converteam Technology Ltd Systeme d'alimentation electrique d'une charge, et centrale de production d'energie electrique comprenant un tel systeme
GB2499991A (en) 2012-03-05 2013-09-11 Solaredge Technologies Ltd DC link circuit for photovoltaic array
US10115841B2 (en) 2012-06-04 2018-10-30 Solaredge Technologies Ltd. Integrated photovoltaic panel circuitry
US9406094B2 (en) 2012-08-14 2016-08-02 Stem Inc. Method and apparatus for delivering power using external data
US10782721B2 (en) 2012-08-27 2020-09-22 Stem, Inc. Method and apparatus for balancing power on a per phase basis in multi-phase electrical load facilities using an energy storage system
US11454999B2 (en) 2012-08-29 2022-09-27 Stem, Inc. Method and apparatus for automatically reconfiguring multi-phased networked energy storage devices at a site
CN104756347A (zh) * 2012-09-03 2015-07-01 维斯塔斯风力系统集团公司 用于发电系统与dc输出的连接系统
US10756543B2 (en) 2012-09-13 2020-08-25 Stem, Inc. Method and apparatus for stabalizing power on an electrical grid using networked distributed energy storage systems
US9634508B2 (en) 2012-09-13 2017-04-25 Stem, Inc. Method for balancing frequency instability on an electric grid using networked distributed energy storage systems
US10389126B2 (en) 2012-09-13 2019-08-20 Stem, Inc. Method and apparatus for damping power oscillations on an electrical grid using networked distributed energy storage systems
US10693294B2 (en) 2012-09-26 2020-06-23 Stem, Inc. System for optimizing the charging of electric vehicles using networked distributed energy storage systems
US9548619B2 (en) 2013-03-14 2017-01-17 Solaredge Technologies Ltd. Method and apparatus for storing and depleting energy
EP2779251B1 (en) 2013-03-15 2019-02-27 Solaredge Technologies Ltd. Bypass mechanism
EP2884614A1 (en) 2013-12-13 2015-06-17 Alstom Renovables España, S.L. Multiphase generator-conversion systems
US9520798B2 (en) 2014-08-26 2016-12-13 General Electric Company Multi-level DC-DC converter with galvanic isolation and adaptive conversion ratio
TWI575857B (zh) * 2014-09-03 2017-03-21 映興電子股份有限公司 升壓型直流轉換器
CN107153212B (zh) 2016-03-03 2023-07-28 太阳能安吉科技有限公司 用于映射发电设施的方法
US11081608B2 (en) 2016-03-03 2021-08-03 Solaredge Technologies Ltd. Apparatus and method for determining an order of power devices in power generation systems
US10599113B2 (en) 2016-03-03 2020-03-24 Solaredge Technologies Ltd. Apparatus and method for determining an order of power devices in power generation systems
US11177663B2 (en) 2016-04-05 2021-11-16 Solaredge Technologies Ltd. Chain of power devices
US11018623B2 (en) 2016-04-05 2021-05-25 Solaredge Technologies Ltd. Safety switch for photovoltaic systems
US10439533B2 (en) 2017-01-05 2019-10-08 General Electric Company Power converter for doubly fed induction generator wind turbine systems
US20180187652A1 (en) * 2017-01-05 2018-07-05 General Electric Company Power Converter for Full Conversion Wind Turbine Systems
US9774279B1 (en) * 2017-03-02 2017-09-26 Borgwarner Inc. Brushless DC motor control and method
CN115333406A (zh) * 2022-07-27 2022-11-11 新风光电子科技股份有限公司 一种降压式多机组合变频器系统

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19736614A1 (de) * 1997-08-22 1999-02-25 Asea Brown Boveri Wechselrichter
US6198178B1 (en) * 1999-12-21 2001-03-06 International Power Systems, Inc. Step wave power converter
GB0007921D0 (en) * 2000-03-31 2000-05-17 Nordson Corp Power factor corrector
DE10114075B4 (de) * 2001-03-22 2005-08-18 Semikron Elektronik Gmbh Stromrichterschaltungsanordnung für Generatoren mit dynamisch veränderlicher Leistungsabgabe
US6556461B1 (en) * 2001-11-19 2003-04-29 Power Paragon, Inc. Step switched PWM sine generator
US6715552B2 (en) * 2002-06-20 2004-04-06 Halliburton Energy Services, Inc. Well cementing methods and compositions
US6867987B2 (en) * 2003-06-13 2005-03-15 Ballard Power Systems Corporation Multilevel inverter control schemes
US7359223B2 (en) * 2005-03-30 2008-04-15 General Electric Company Power converter system and method
US7808125B1 (en) * 2006-07-31 2010-10-05 Sustainable Energy Technologies Scheme for operation of step wave power converter
US7532490B2 (en) * 2006-08-14 2009-05-12 General Electric Company Converter topology and methods for interfacing an electrical machine to electrical power grid
WO2009044293A2 (en) * 2007-06-04 2009-04-09 Sustainable Energy Technologies Prediction scheme for step wave power converter and inductive inverter topology
US7679941B2 (en) * 2007-06-06 2010-03-16 General Electric Company Power conversion system with galvanically isolated high frequency link
US20090128278A1 (en) * 2007-11-09 2009-05-21 Vox Power Limited Switched mode power supply transformer
WO2011024137A1 (en) * 2009-08-31 2011-03-03 Koninklijke Philips Electronics N.V. Multi-level inverter apparatus and inversion method
WO2011143136A2 (en) * 2010-05-12 2011-11-17 Magistor Technologies, L.L.C. Ac battery employing magistor technology
CN201766518U (zh) * 2010-08-31 2011-03-16 江苏艾索新能源股份有限公司 高频隔离并网逆变电路

Also Published As

Publication number Publication date
DK2506416T3 (da) 2023-08-28
EP2506416A2 (en) 2012-10-03
US8310102B2 (en) 2012-11-13
CN102739095B (zh) 2017-05-03
EP2506416A3 (en) 2017-11-15
EP2506416B1 (en) 2023-06-14
CN102739095A (zh) 2012-10-17
US20110221195A1 (en) 2011-09-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2954855T3 (es) Sistema y procedimiento para conversión de potencia
Essakiappan et al. Multilevel medium-frequency link inverter for utility scale photovoltaic integration
ES2939345T3 (es) Sobremodulación de convertidor de DFIG
US8848401B2 (en) Modular multilevel power electronic converter having selectively definable circulation path
CN101789599B (zh) 电力系统和控制方法
AU2010302999B2 (en) An electrical power conversion system and method
ES2911681T3 (es) Sistema de generación de potencia, sistema de conversión de potencia y procedimientos de conversión de potencia
US8446743B2 (en) Soft switching power electronic transformer
KR20130065653A (ko) 하이브리드 2-레벨 및 멀티레벨 ｈｖｄｃ 컨버터
ES2654245T3 (es) Sistema de conversión de energía eólica
EP2665170A1 (en) System and method of parallel converter current sharing
KR101698940B1 (ko) 전력 전자 컨버터
JP2015527032A (ja) 多相ａｃまたはｄｃ負荷用の拡張可能な電圧電流リンクパワーエレクトロニクスシステム
KR20130006613A (ko) 다중레벨 컨버터를 갖는 정지형 무효전력 보상장치
KR20130100285A (ko) 영상 덤프 저항에 연결된 중성점을 갖는 ｈｖｄｃ 컨버터
AU2013206259A1 (en) Power converter and method of assembling the same
US9859806B2 (en) Method and apparatus for obtaining electricity from offshore wind turbines
Müller et al. Medium-voltage power converter interface for Wave Dragon wave energy conversion system
JP6454540B2 (ja) 電力変換装置
Samuel et al. Wind energy conversion based on seven-level cascaded H-bridge inverter using LabVIEW FPGA
WO2016177399A1 (en) Converter arrangement
KR101997089B1 (ko) 풍력발전 시스템 및 그 운용 방법
Bisenieks et al. New isolated interface converter for grid-connected PMSG based wind turbines
KR101116000B1 (ko) 직렬 연결된 전류원 직/교류 전력 변환기들을 이용한 전력 변환 시스템 및 전력 변환 방법
Grainger Medium voltage DC network modeling and analysis with preliminary studies for optimized converter configuration through PSCAD simulation environment