MX2010007636A - Sistema y metodo para combinar las salidas de multiples fuentes de energia de diferentes tipos. - Google Patents

Abstract

Un sistema para, y un método para, combinar las salidas de múltiples fuentes de energía de diferentes tipos y un módulo de convertidor aislado en el mismo; en una modalidad, el sistema incluye: (1) una pluralidad de módulos aislados del convertidor que tienen entradas de energía que se acoplan a correspondientes fuentes de energía de diferentes tipos y un convertidor de salida de DC configurado para convertir la energía recibida de al menos una de las fuentes de energía a energía de DC y (2) una barra de distribución de DC acoplada a las salidas de energía de la pluralidad de módulos aislados del convertidor y configurada para recibir y agregar la energía de DC; con dicho sistema, puede emplearse un módulo convertidor universal para identificar y convertir energía de una variedad de fuentes de energía convencionales y renovables.

Description

???? Y METODO PARA COMBINAR LAS SALIDAS DE MULTI FUENTES DE ENERGIA DE DIFERENTES TIPOS REFERENCIA CRUZADA Esta solicitud reclama el beneficio de la Solicitud Provis . No. de Serie 61/225,037, presentada por Fontana, ef a/., el 13 009, titulada "Lienage Priority Source Power Center", cedida en sta solicitud e incorporada en la presente para referencia. Esta ién está relacionada con la Solicitud de Patente de E.U.A. No 2,659, presentada por Jogata ef a/., el 17 de Febrero de 2009, Plant Controller and Method for Selecting Among Múltiple Power DC Plant Employing the Same", cedida en común con esta so porada en la presente para referencia.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION Los proveedores de los servicios de telecomunicacione ando fuentes de energía alternativas (por ejemplo, "ecológicas nes para energizar para siempre sus sitios de telecomunicacion oficinas centrales y torres celulares. Esto representa beneficio s costos de operación y en la independencia de la "red de distrib ía eléctrica" comercial, aunque también introduce una carga de o, a menudo desigual a la red, que deben mantener los proveed io y reemplazar a medida que pasan los años. En consecue o amenaza la sustentabilidad de la red y su calidad de servic o es particularmente agudo cuando el equipo se expone al clim ación, lo cual usualmente es el caso.

Para complicar el asunto, los tipos desiguales de fue ía tienen diferentes prioridades de uso. Por ejemplo, deben prefe BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION Un aspecto proporciona un sistema para combinar las sal les fuentes de energía de diferentes tipos. En una modalidad, el e: (1 ) una pluralidad de módulos aislados del convertidor que as de energía que se acoplan a fuentes de energía correspondie ntes tipos, y a un convertidor de salida de DC (por sus siglas en onvertir la energía recibida de al menos una de las fuentes de en ía de DC y (2) una barra de distribución de DC acoplada a sal ía de la pluralidad de módulos aislados del convertidor y conf ecibir y agregar la energía de DC.

Otro aspecto proporciona un módulo de convertidor aisla lidad del módulo incluye: (1) una entrada de energía, (2) un cir ocimiento de fuente acoplado a la entrada de energía y configura r una señal basada en al menos una característica de la energía rtir la energía a la forma de DC y (6) una salida de energía con recibir la energía convertida a la forma de DC del convertidor d .

Aún otro aspecto proporciona un método para combi s de múltiples fuentes de energía de diferentes tipos. Una modal do incluye: (1) reconocer los tipos de cada una de las múltiples ergía, (2) seleccionar parámetros operativos respectivos con bas (3) convertir la energía a la forma de DC de acuerdo con los par ontrolador convertidor y (4) combinar la energía en la forma de arra de distribución de DC común.

Aún otro aspecto proporciona un rectificad municaciones. En una modalidad, el rectificador incluye: (1 ) una nergía, (2) un controlador convertidor configurado para prop les impulsoras para convertir la energía recibida de cualquiera d istribución de energía eléctrica comercial o una fuente de BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS Ahora se hace referencia a las siguientes descripciones t ntamente con los dibujos que las acompañan, en los cuales: La FIG. 1 es un diagrama de bloques de alto nivel lidad de un sistema para combinar las salidas de múltiples fue ía de diferentes tipos; La FIG. 2 es una vista en elevación de una modalida rte de equipo que contiene múltiples repisas y capaz de cont a para combinar las salidas de múltiples fuentes de ene ntes tipos; La FIG. 3 es un diagrama de bloques de una modalida lo convertidor aislado del sistema de la FIG. 1 ; y La FIG. 4 es un diagrama de flujo de una modalida Jo para combinar las salidas de múltiples fuentes de ene ar fuentes de energía alternativas a la red de distribución de ica de corriente alterna (AC- por sus siglas en inglés) come ra que las fuentes puedan sincronizarse, y suministrar energía, tribución de energía eléctrica. La red de distribución de energía suministra cualquiera y todas las cargas, incluyendo el eq municaciones. Desafortunadamente, la interconexión a la ución de energía eléctrica incurre tanto en ineficiencias de co como en el riesgo de propagar alto voltaje transitorio ("corrie ) que resultan de la iluminación. Por estas razones, los proveed ios se han resistido a interconectarse a la red de distribución de ica.

En la presente se describen diversas modalidades de un odo que emplea módulos de conversión de energía estándar par stema redundante, tolerante a las fallas, que puede agregar en sas fuentes de energía, diferentes, a menudo tanto alternativa El sistema y el método requieren que las fuentes de galvánicamente aisladas entre si para frustrar la propagación d rsas modalidades del sistema y método emplean transformadore ertidores para proporcionar aislamiento; un campo magnético tr gía mientras proporciona aislamiento. Los expertos en la renden otros circuitos que pueden emplearse para prop miento. Diversas modalidades de sistema y método emplean dio gar la energía de las diversas fuentes de una manera dire ilos en la técnica entienden que pueden usarse otros dispo itos para agregar la energía.

Ciertas modalidades del sistema y método resuel lemas del almacenamiento de las partes de repuesto ("aprovision puestos") y la sustentabilidad de la red ("tiempo de funcionami lear módulos uniformes del convertidor, que pueden uialmente como "idénticos", "universales" o "genéricos", Ciertas de otras modalidades también resuelv cupaciones de que las fuentes de energía alternativas puedan o las funciones esenciales de la red al alojar la operación de pri r empleando preferentemente fuentes de energía alternativ urando que están disponibles fuentes de energía más convenci más confiables que se pueden emplear en caso de que las fu gía alternativas sean interrumpidas. En algunas de las mod ritas en detalle en la presente, los módulos aislados del conve iguran para reconocer el tipo de fuente de energía del cu iendo la energía, determinan la prioridad que debe tener el tes de energía, selecciona los parámetros de acuerdo a los c ierte la energía recibida de la fuente de energía y luego convi gía a DC de acuerdo con los parámetros.

Aún otras modalidades son capaces de operar a una mentada al apagar selectivamente los módulos aislados del co La FIG. 1 es un diagrama de bloques de alto nivel lidad de un sistema 100 para combinar las salidas de múltiples ergía de diferentes tipos. La modalidad ilustrada en la FIG. 1 de un ensamblaje montado en un soporte de equipo mod cuencia, el sistema 100 se ilustra cómo incluyendo una plurali los aislados del convertidor 101a, 101b, 101c, 01 n. Una b ución de DC 102 acopla las salidas de la pluralidad de módulos onvertidor 101a, 101b, 101c, 101 n conjuntamente y proporci de DC 103, como lo indica la FIG. 1 , adecuada para energi de DC 120. En una modalidad, puede emplearse un convertido para energizar una carga de DC que requiere un voltaje que di roporcionado por la barra de distribución de DC 102. Para aplic ueden beneficiarse de una salida de AC, la barra de distribució puede acoplarse a un inversor 104 (un convertidor de DC a A rciona una salida de AC 105, como lo indica la FIG. 1 , adecua e de energía 110n está marcada como una fuente de energía de r ndo que tiene la prioridad más baja. En la modalidad ilustrada, l ergía 110a de prioridad 1 es una fuente de energía derivada de jemplo un panel solar), la fuente de energía 1 10b de prioridad 2 e de energía derivada de la eólica (por ejemplo, un generador im ina), la fuente de energía 110c de prioridad 3 es la red de distribu ía eléctrica comercial (que también puede ser referida como una e de energía de emergencia), y la fuente de energía de reserva fuente de energía de emergencia (por ejemplo una o más ce ustible, una o más baterías o una o más cadenas de batería e de energía de emergencia es una o más celdas de combustibl baterías o una más cadenas de baterías, puede acoplarse directa rra de distribución de DC 102 (como lo indica una línea disconti la la fuente de energía de reserva 110n y la barra de distribució o aislada mediante un cargador (no mostrado) que extrae su en , 101 b, 101c, ... , 101 n para asegurar que están coo adamente y de manera constructiva uno con respecto al otro. Un istribución de la inadvertencia 107 acopla al controlador ertencia del sistema 106 a cada uno de la pluralidad de módulos onvertidor 101a, 101b, 101c, .... 101. Al realizar sus funcio lador de la inadvertencia del sistema 106 puede tomar decisió en las señales de entrada recibidas de la pluralidad de módulos onvertidor 101 a, 101b, 101c, 101n vía la barra de distribuci ertencia 107 y una o más características de la barra de distribu 02, por ejemplo, detectada en un punto de control 108. La un terísticas puede incluir voltaje, corriente, o cualquier otra carac ada.

Cambiando brevemente a la FIG. 2, se ilustra una ción de una modalidad de un soporte de equipo 200 que pies repisas y capaz de contener un sistema para combinar las sa 10n están dedicados a un tipo particular de fuentes de energ lo, los módulos aislados del convertidor 101a en la repisa 210a dedicados a convertir la energía recibida de una o más fue ía impulsadas por viento, y los módulos aislados del convertidor isa 21 On pueden estar dedicados a convertir la energía recibida d baterías de emergencia o cadenas de baterías. En una m ífica, se emplean módulos aislados del convertidor 101a separad rtir cada fase de una sola fuente de energía de impulso eólico. lidad, se emplea un solo módulo aislado del convertidor 101 rtir la energía recibida de múltiples fuentes de energía de impuls stante, los expertos en la técnica entenderán que los módulos nvertidor 101a, 101 b, 101c, .... 101 n pueden disponerse de ras.

Cada repisa 210a, 210b, 210c, 210n puede soporta repuestos de los módulos aislados del convertidor 101a, 101b, 1 lador de la inadvertencia del sistema 106 puede orden ución, típicamente con base al menos en parte en las señales re alesquiera módulos de convertidor en malfuncionamiento. C ibe a continuación conjuntamente con la FIG. 3, los módulos aisla rtidor 101a, 101 b, 101c, .... 101 n pueden realizar ajustes del fa cia y del voltaje para incrementar la energía recibida de una fu ía y optimizar la eficiencia de la conversión.

En las dos últimas configuraciones descritas anteriorm ntra inherente la habilidad de realizar "N+1 aprovisionamie stos" o, más generalmente, "N+M aprovisionamientos de rep N=1 o un número entero mayor. Por ejemplo, pueden usar IOS aislados del convertidor para convertir energía de una fu ía dada, cuando sólo se requieren N módulos aislados del con convertir la energía. Debajo de N+1 aprovisionamiento de rep módulo de convertidor aislado convierte 1/(N+1)° de la energía tra, una barra de distribución de DC y una barra de distribució ertencia acoplan los diferentes módulos aislados del convertido 101c, 101 n y al controlador de la inadvertencia del siste ntamente como se indicó anteriormente. En la modalidad ilustr s de distribución de DC y de la inadvertencia corren a lo largo ficie posterior del soporte 200 e incluyen conectores de base pl iten a los módulos aislados del convertidor 101a, 101 b, 101c, al controlador de la inadvertencia del sistema 106 ser conect a medida que se insertan en el soporte 200.

Como se describió anteriormente, la modalidad ilustrada e la pluralidad de módulos aislados del convertidor 101a, 101b, 1 de las FIGs. 1 y 2 se configura para reconocer el tipo de fu ía a partir de la cual están recibiendo la energía, determina la p ebe tener el tipo de fuente de energía, selecciona los parám do los cuales se convierte la energía recibida de la fuente de e tores de base plana (no mostrados, ya que la FIG. 3 muestra al n una forma conceptual más que física) que permiten que el mó ado en el soporte 200 de la FIG. 2 y ser acoplado a la base pi o. Típicamente, los conectores de base plana proporcionarán la que no todas, las conexiones eléctricas que se requieren realiza lo 300.

El módulo 300 puede incluir también uno o más indicad o (por ejemplo luces) en un borde frontal del mismo (no mostra r, entre otras cosas, el estado operativo del módulo 300. En lidades, las dimensiones de la cubierta protectora y la colocació tores de base plana están estandarizados para que los modul rmes y puedan conectarse dentro de cualquiera de una plural as de tamaño uniforme en el soporte (por ejemplo, el soporte 2 2).

El módulo 310 incluye una entrada de energía 310 con e. El circuito de reconocimiento de fuente 320 está configura ficar el tipo de fuente de energía con base en la característica.

Por ejemplo, una señal de voltaje que tiene una fre amente constante de 50 o 60 Hz indica que la fuente de en uiera de un generador de emergencia de AC energizado a com o la red de distribución de energía eléctrica comercial. Al monit l de voltaje durante un periodo de tiempo sustancial, pueden upciones o variaciones sustanciales de frecuencia mediante la e inferirse si la fuente de energía es un generador de emergenci izado a combustible fósil o la red de distribución de energía rcial.

Como otro ejemplo, una señal de voltaje que exhibe vari cuencia significativas durante el tiempo y a menudo excede 60 H fuente de energía de impulso eólico de AC. Una baja frecuen plo menor de 1 Hz) o voltaje de DC indica que la fuente de en 320 para reconocer el tipo de la fuente de energía y p rcione una señal que indique el tipo.

La modalidad ilustrada del módulo 300 está configurada p stemas en los cuales las fuentes de energía de diferentes tipo ades. En consecuencia, un circuito de determinación de priori acoplado al circuito de reconocimiento de fuente 320. El cir minación de prioridad 340 está configurado para recibir la s to de reconocimiento de fuente 320 que indica el tipo de fu ía y determina una prioridad que debe tener la fuente de ener en la señal. Como se estableció anteriormente, la energía deri entes de energía renovables probablemente tendrán una mayor p a energía de emergencia, la energía derivada de combustibles fós ía que requiere ser comprada (por ejemplo, la red de distribu ía eléctrica comercial). El circuito de determinación de prioridad urado además para proporcionar una señal que indica la priorida ución de DC 102 que otro convertidor que tiene un voltaje d r.

Por ejemplo, si la barra de distribución de DC es nomin arra de distribución de 48 V, puede asignarse un primer converti r en un intervalo alrededor de un voltaje de salida nominal de e asignarse un segundo convertidor para operar en un intervalo al n voltaje de salida nominal de 48.0 V, puede asignarse u ertidor para operar en un intervalo alrededor de un voltaje d nal de 47.9 V. En este ejemplo, el primer convertidor natur rcionará energía a la barra de distribución de DC 102 hasta que, ce su límite de corriente o el voltaje de salida comience a di do el voltaje de salida del primer convertidor alcanza 48.0 V, el ertidor probablemente comenzará a contribuir energía a la bución de DC 102. De igual manera, el primero y segundo conv artirán la carga de proporcionar energía a la barra de distribució je de salida más bajo (es decir, la prioridad más baja) está di proporcionar energía a la barra de distribución de DC 102.

Un circuito de selección de parámetro 350 está aco ito de determinación de prioridad 340. El circuito de selec metro 350 está configurado para seleccionar parámetros o piados para convertir la energía recibida en la entrada de energí forma apropiada para la barra de distribución de DC 102 (es d en el tipo reconocido por el circuito de reconocimiento de fuente odalidad ilustrada, el circuito de selección de parámetro 350 ciona parámetros operativos con base en la prioridad determina ito de determinación de prioridad 340. Por ejemplo, si el cir nocimiento de fuente 320 determina que la energía de entrada es C proporcionada por un panel solar, el circuito de selección de p ciona parámetros operativos apropiados para la conversión de D ás, ya que la energía solar típicamente tiene una prioridad relati técnica pertinente también entenderán que pueden emplea cas para establecer la división de la carga y la prioridad.

Un controlador convertidor 360 está acoplado al cir ción de parámetro 350. El controlador convertidor 360 está con proporcionar señales impulsoras a un convertidor de salida do 370 de acuerdo con los parámetros operativos proporcionad ito de selección de parámetro 350. El controlador converti menté recibe señales (por ejemplo, señales de voltaje, cor eratura) provenientes del convertidor de salida de DC aislado 37 ite adaptarse a su control para alojar circunstancias cambian plo, cambios en el voltaje o la corriente de entrada salida). Los técnica están familiarizados con diversas topologías del co ces de convertir la energía de entrada de DC o AC a la forma de nto, la operación del convertidor de salida de DC aislado 370 rita en la presente. También deberá apreciarse que el control ncia de instrucciones ("software" o "programa cableado") ejecut ocesador de propósitos generales para realizar las funciones de anee de la invención incluye todas esas modalidades.

Como se declaró anteriormente, los módulos en un siste n galvánicamente los diferentes tipos de fuentes de energía entr de distribución de DC. En consecuencia, el módulo 300 pro miento galvánico. En la modalidad ilustrada, el convertidor de s islado 370 proporciona aislamiento en la forma de un transform rado) que tiene distintos devanados primarios y secundarios, for ocurra la transferencia de energía vía el campo magnét formador. En modalidades alternativas, el aislamiento se propor ior del convertidor 370 y/o mediante técnicas de aislamiento g enciónales o por desarrollar posteriormente, diferentes de las das en el campo magnético.

En la modalidad ilustrada, el convertidor de salida de r entre un voltaje operativo de una fuente de energía renovable a entrada de energía 310 y el voltaje de energía óptimo de l ante de DC a DC. Los expertos en la técnica están familiarizados s resonantes de DC a DC, conmutación a voltaje cero, eta ción de voltaje y ajuste del factor de potencia. Por lo tanto, en la p realizará una discusión general de estos.

Como se declaró anteriormente, la modalidad ilustr ma emplea diodos para combinar la energía de las diferentes fue odalidad ilustrada, cada módulo 300 en un sistema dado incor para ese propósito. En consecuencia, la FIG. 3 muestra u lsado hacia adelante 390 acoplado a la salida del convertidor de s islado 370. El diodo 390 está impulsado hacia adelante para ate ntes sustanciales antes de que entren al módulo 300 desde la bución de DC 102. Esto no sólo previene sustancialmente que un ertidor proporcione energía a otro módulo de convertidor, si sitivos o circuitos convencionales o por desarrollarse posterio combinar la energía de las diferentes fuentes y por lo tanto ca mplio alcance de la invención.

Regresando a la FIG. 1 , ahora puede describirs letamente la operación de la modalidad ilustrada del controlad ertencia del sistema 106. Como se estableció anteriorm lidad ilustrada del controlador de la inadvertencia del sistema 10 apaz de determinar cuándo está funcionando mal un módulo p convertidor y, en algunas modalidades, sustituir al módulo onamiento con otro módulo. En diversas modalidades, el control dvertencia del sistema 106 también se configura para monitorear istribución de DC 102 para regular su voltaje. En cierta lidades, el controlador de la inadvertencia del sistema 1 gurado para monitorear a los módulos aislados del convertid , 101c, .... 101 n para asegurar que no exceden sus límites de co enimiento o advertencia vía una conexión en red para almacena ción remota. Los expertos en la técnica pertinente entenderá olador de la inadvertencia del sistema 106 puede emplearse para ones alternativas o adicionales a partir de las cuales puede ben plicación o instalación particular.

La FIG. 4 es un diagrama de flujo de una modalida do para combinar las salidas de múltiples fuentes de ene ntes tipos. El método comienza en una etapa de inicio 410. En u se reconoce el tipo de cada una de las múltiples fuentes de ene tapa 430, se determinan las prioridades para las fuentes de ene etapa 440, se seleccionan los parámetros operativos p ertidores de salida de DC a las fuentes de energía. En una mod s algunos de los parámetros operativos se basan en las priorida ientes de energía correspondientes. En una etapa 450, los conv alida de DC operan para convertir energía a la forma de DC de Los expertos en la técnica a la cual se refiere esta iarán que pueden realizarse otras adiciones, eliminaciones, sustit dificaciones adicionales a las modalidades descritas.

Claims (1)

1. NOVEDAD DE LA INVENCION REIVINDICACIONES 1.- Un sistema para combinar las salidas de múltiples fu ia de diferentes tipos, que comprende: una pluralidad de r os del convertidor que tienen entradas de energía que se ac es de energía de diferentes tipos correspondientes y un conver de DC configurado para convertir la energía recibida de al me chas fuentes de energía a energía de DC; y una barra de distrib coplada a las salidas de energía de dicha pluralidad de módulos nvertidor y acoplada para recibir y agregar dicha energía de DC. 2 - El sistema de conformidad con la reivindica terizado además porque al menos una de dicha pluralidad de os del convertidor está configurado para reconocer un tipo de fu tipo de fuente de energía y seleccionar al menos uno de etros operativos con base en dicha prioridad. 4. - El sistema de conformidad con la reivindica terizado además porque comprende adicionalmente un controlad ertencia del sistema acoplado a dicha pluralidad de módulos aisla rtidor y configurado para monitorear y supervisar dicha plural los aislados del convertidor. 5. - El sistema de conformidad con la reivindica terizado además porque dicho controlador de la inadverten a está configurado además para detectar cuando uno de los aislados del convertidor está en malfuncionamiento y S áticamente un módulo de convertidor en pausa por el mismo. 6. - El sistema de conformidad con la reivindica terizado además porque comprende adicionalmente un soporte q s configuradas para soportar dicha pluralidad de módulos aisla da de energía y configurado para recibir una señal con base en a característica de la energía recibida vía dicha entrada de en ocer un tipo de fuente de energía con base en dicha al me terística; un circuito de selección de parámetro acoplado a dicho eterminación de prioridad y configurado para seleccionar par tivos con base en dicho tipo de fuente de energía; un co rtidor acoplado a dicho circuito de selección de parámetro y con proporcionar señales impulsoras de acuerdo con dichos par tivos; un convertidor de salida de DC acoplado a dicho control ertidor y configurado para recibir dichas señales impulsoras y energía a la forma de DC; y una salida de energía configura ir dicha energía convertida a dicha forma de DC de dicho conve a de DC. 9.- El módulo de convertidor aislado de conformidad dicación 8, caracterizado además porque comprende adicional 10.- El módulo de convertidor aislado de conformidad dicación 8, caracterizado además porque dicho al menos un pa tivo incluye un voltaje de salida de dicho convertidor de salida de