MX2011005028A - Regulador de barra colectora de dc mejorado. - Google Patents

Abstract

Se describe un regulador de barra colectora de DC mejorado que utiliza más conjuntos de transistores para la conversión de energía en algunas ocasiones y diodos, SCR, y conjuntos de resistores en otras ocasiones. La tecnología de conversión es seleccionada por el regulador basado en la capacidad de carga de corriente y la respuesta requeridas. Por ejemplo, los conjuntos de transistores se pueden utilizar en condiciones de carga de baja potencia. A través del uso de este sistema híbrido, el sistema obtiene los efectos deseables de los sistemas de conjunto de transistores que incluyen el tiempo de reacción rápida, capacidad de regular la corriente, y la conversión de energía bidireccional mientras que reducen los altos costos y la naturaleza frágil de un sistema basado solamente en los conjuntos de transistores.

Description

REGULADOR DE BARRA COLECTORA DE DC MEJORADO Referencia Cruzada a la Solicitud Relacionada Esta solicitud reivindica la prioridad a la Solicitud de Patente Provisional Norteamericana Número de Serie 12/269,703, presentada el 12 de noviembre de 2008, que es incorporada en la presente por referencia en su totalidad.

Campo de la Invención Esta descripción se refiere generalmente a redes de transmisión de energía. Más específicamente, esta descripción se refiere a la operación de un sistema eléctrico de DC desde uno o más generadores de energía AC o DC. Incluso más específicamente, esta descripción se refiere a la regulación de la transferencia de energía entre una red de energía AC y DC.

Antecedentes de la Invención Las redes de transmisiones de energía se pueden hacer de sistemas AC, sistemas DC, o de una combinación de los dos. Las redes eléctricas AC se han utilizado convencionalmente en todo el mundo. Sin embargo, las redes eléctricas DC tienen ciertas ventajas. Las redes eléctricas DC son más fáciles de diseñar e implementar debido a que no introducen ninguna reactancia en el sistema eléctrico. Las eficacias más altas de los generadores se pueden alcanzar en sistemas DC debido a que solamente se transmite la energía verdadera. Además, la paralelización de las fuentes de alimentación es simple debido a que la frecuencia de operación de las fuentes de al imentación DC es de 0 Hz . Por lo tanto, no se requiere n ingu na si ncronización cuando las fuentes o cargas ad icionales se i ncorporan a la red .

El uso convencional de las red es eléctricas AC es un resultado de la facilidad de transmitir la energía AC a través de distancias largas y de la manipulación de los cambios de voltaje usando los transformadores. Sin embargo, a través de di stancias cortas , tal como aquellas en am bientes aisl ados , una red de tra nsmisión DC Pod ría ser beneficiosa por las razones explicadas previamente. Los generadores de gran potencia actual mente disponibles producen común mente energía AC . Por lo tanto , la operación de una red de transmisión de DC i mpu lsada por los generadores de AC req u iere la conversión de AC a DC e inversamente.

La operación confiable de una red eléctrica es u n elemento crítico de muchos sistemas electrónicos, por ejemplo, en las plataformas o barcos de perforación para operar propul sores a bordo. Los barcos de perforación no se anclan en el océano sino se controlan dinámicamente para mantener una posición deseada en el océano. Los propulsores son utilizados para mantener una posición dentro de tolerancias especificadas de un aparato de perforación . Los propulsores son unidades de propu lsión que pueden tener una velocidad d e giro variable y un ángulo azimutal de las aspas. Estos propulsores son operados por una fuente de alimentación a bordo del barco de perforación . Cualquier falla de la fuente de alimentación puede conducir al desplazamiento del barco fuera de las tolerancias del aparato de perforación. En tal caso, el aparato de perforación necesitaría ser desacoplado y acoplado nuevamente de manera mecánica después de que se restaure la fuente de alimentación y se corrija la posición del barco de perforación.

Un método para facilitar una fuente de alimentación confiable es utilizar una barra colectora de DC para accionar los propulsores y otros componentes. Tal sistema de transmisión de energía se muestra en la figura 1. En tal sistema, la fuente de alimentación se hace generalmente de los generadores de AC acoplados a un convertidor de AC a DC. El convertidor de AC a DC coloca la energía de los generadores de AC en una barra colectora de DC intermedia. La barra colectora de DC intermedia se puede aumentar con los generadores de DC o un sistema de respaldo de batería. Cada motor o propulsor, así como otros dispositivos que utilizan la barra colectora de DC intermedia, a bordo del barco de perforación, se acopla a la barra colectora de DC intermedia a través de un convertidor de DC a AC.

La figura 1 es un diagrama de bloques que ilustra una barra colectora de voltaje de DC convencional que acopla múltiples sistemas de generación de voltaje de CA a varias cargas. El sistema eléctrico 100 incluye los generadores 102. Los generadores 102 se acoplan a la barra colectora de AC 104 a través de los aisladores 106. Los aisladores 106 permiten que los generadores 102 sean retirados de la barra colectora cuando no son necesarios o no están funcionando correctamente. La barra colectora de AC 104 se acopla al transformador 108 para acondicionar la energía para la transmisión a la línea 110. El convertidor de AC a DC 112 se acopla a la línea 110 y convierte la energía de AC a la energía de DC para transmitirse a la barra colectora de DC intermedia 120. La barra colectora de DC 120 se acopla a los convertidores de DC a AC 130. Los convertidores de DC a AC 130 convierten la energía de DC a energía de AC, cuya mayoría de componentes se diseñan para utilizarse. Acoplada a los convertidores de DC a AC 130 está la línea 132 a la cual se pueden conectar las cargas. El motor 134 se acopla a la línea 132, y el motor 134 podría ser, por ejemplo, un propulsor. Además, el transformador 135 se acopla a la línea 132 para acondicionar la energía para la carga 136. La carga 136 podría ser, por ejemplo, una bombilla.

Existen varios métodos para implementar el convertidor de AC a DC necesario para colocar la energía de los generadores de AC en la barra colectora de DC intermedia. Estos métodos implementan convencionalmente el uso de diodos, rectificadores controlados por silicio (SCR, por sus siglas en inglés), o transistores.

Un aparato para la conversión de energía de AC a DC es un rectificador de diodos (o un conjunto de diodos). Existen varias formas de rectificadores de diodos conocidas comúnmente. Un rectificador de diodo común es un rectificador de diodo de onda completa. Los sistemas eléctricos de AC en los barcos de perforación utilizan comúnmente una forma de onda trifásica tal que una configuración de rectificador de seis diodos sea utilizada comúnmente. Los diodos conducen la corriente solamente cuando el voltaje en el ánodo del diodo es mayor que el voltaje en el cátodo del diodo. La figura 2 es un diagrama esquemático que ilustra un rectificador de onda completa de diodo convencional para la energía de AC trifásica. El rectificador de diodo 200 acepta la entrada de la fuente de AC trifásica 202. El rectificador 200 incluye los diodos 204 para rectificar la primera fase, los diodos 206 para rectificar la segunda fase, y los diodos 208 para rectificar la tercera fase. Dos diodos se necesitan en cada caso para producir la salida del ciclo de AC positivo y del ciclo de AC negativo. Los diodos 204, diodos 206, y diodos 208 se acoplan entre la fuente de AC 202 y la barra colectora de DC 210. El condensador 212 se acopla a la barra colectora de DC 210 para equilibrar las ondulaciones de voltaje en la barra colectora de DC 210. Aunque el rectificador 200 se muestra como un solo dispositivo rectificador, varios dispositivos individuales de una capacidad de energía se pueden colocar paralelamente para crear un rectificador 200 con una capacidad de gran potencia.

Los rectificadores de diodo están disponibles comercialmente de varios vendedores o se pueden construir distribuyendo los diodos comprados individualmente. Las ventajas de los rectificadores de diodo son el bajo costo de los componentes. Los diodos individuales y los rectificadores completos son relativamente económicos para las configuraciones de alta potencia, es decir, varios megavatios (MW). Los diodos son también dispositivos relativamente pequeños comparados con otras soluciones disponibles en una carga de energía equivalente. Los rectificadores de diodo, sin embargo, no tienen ninguna capacidad de regular el voltaje o corriente de salida. Además, conducen solamente en una dirección.

Como resultado de la incapacidad de regular el voltaje o corriente de salida de los rectificadores de diodo, los SCR, también conocidos como rectificadores de tiristor, se han utilizado ampliamente en su lugar. La figura 3 es un diagrama esquemático que ilustra una distribución convencional de los SCR para la conversión trifásica de AC a DC. El conjunto de SCR 300 acepta la entrada de la fuente de AC trifásica 302. El conjunto de SCR 300 incluye los SCR 304 para convertir la primera fase, los SCR 306 para convertir la segunda fase, y los SCR 308 para convertir la tercera fase. Cada SCR individual incluye una terminal de compuerta 305 para aceptar la entrada. Dos SCR se necesitan en cada caso para producir la salida del ciclo de AC positivo y del ciclo de AC negativo. Los SCR 304, SCR 306, y SCR 308 se acoplan a la fuente de AC 302 y a la barra colectora de DC 310. El condensador 312 se acopla a la barra colectora de DC 310 para regular las ondulaciones en la barra colectora de DC 310.

Aunq ue el conjunto de SCR 300 se muestra como un dispositivo de SCR , varios dispositivos i ndividuales d e una capacidad de energ ía se pueden colocar paralel amente para crear un conj unto de SCR 300 con una capacidad de una energ ía más alta .

La corriente de salida se puede regular en los SCR controlando a través de la termi nal de compuerta 305 cuando se encienden en el ciclo de AC. Los SCR también ofrecen bajo costo, tamaño peq ueño, y la confiabilidad de los d iodos. La desventaja de los SCR es su tiempo de conmutación lento que debe ocurrir en la si ncronización con las fuentes de alimentación de AC . Por lo tanto, no están bien adaptados para manejar los cam bios de carga de energía experimentados durante la i nestabilidad en el sistema eléctrico . Además , una vez que el SCR se enciende a través de la terminal de compuerta 305 , no puede ser apagado a través de la termi nal de compuerta 305.

Los transistores ofrecen aún otra sol ución para la conversión de energ ía de AC a DC . La figu ra 4 es un d iagrama esquemático que il ustra una d istribución convencional d e los transistores para la conversión de energ ía de AC a DC trifásica . El conjunto de transistores 400 acepta la entrada de la fuente de AC trifásica 402. El conjunto de transistores 400 incl uye los transistores 404 para convertir la primera fase, los transistores 406 para convertir la segunda fase, y los transistores 408 para convertir la tercera fase. Además, los diodos 405 se acoplan en ambos lados de los transistores 404 para proteger los transistores 404 contra voltajes perjud iciales q ue pueden desarrollarse a través de los transistores 404 y completar el circu ito de transferencia de energ ía . Esta configuración se repite para los diodos 407 acoplados a los transistores 406 y para los d iodos 409 acoplados a los transistores 408. Los ind uctores 403 acondicionan la energía antes de alcanzar los transistores 404, los transistores 406, y los transistores 408. Los transistores 404, transistores 406, transistores 408 se acopla n a la fuente de AC 402 y a la barra colectora de DC 41 0. El condensador 41 2 se acopla a la barra colectora de DC 41 0 para regular las ondulaciones en la barra colectora de DC 410. Aunque el conjunto de transistores 400 se muestra como un d ispositivo transistor, varios d ispositivos individ uales de una capacidad de energ ía se pued en colocar paralelamente para crear un conju nto de transistores 400 con una capacidad de una energía más alta .

Los transistores poseen características de conmutación más rápida que los SCR as í como la capacidad d e controlar el tiempo de encendido y apagado, haciéndoles una mejor sol ución bajo las oscilaciones resultantes de las cargas verdaderas. Además , los transistores permiten el fl ujo de energ ía en ambas direcciones a través del convertidor. Esto permite que la energ ía sea movida de manera inversa desde la barra colectora de DC a la barra colectora de AC . Comúnmente es requerido que múltiples dispositivos de conversión basados en tra nsistores se coloq uen paralelamente para manejar cargas grandes. Los transistores son dispositivos costosos con relación a los diodos y SCR y ocupan cantidades significativamente más grandes de espacio. Además, los transistores son frágiles y se rompen fácilmente.

Así, existe una necesidad de un sistema eléctrico que tenga la capacidad conmutación rápida de los transistores y el bajo costo, durabilidad, y el poco espacio ocupado por los diodos o SCR.

Breve Descripción de la Invención Un aparato para interconectar una barra colectora de AC y una barra colectora de DC incluye: un conjunto de uno o más transistores acoplados a la barra colectora de AC y acoplados a la barra colectora de DC; un conjunto de uno o más diodos acoplados a la barra colectora de AC y acoplados a la barra colectora de DC; y un microcontrolador acoplado al conjunto de uno o más transistores configurados para regular la corriente que fluye a través del sistema de uno o más transistores y regular la corriente que fluye a través del conjunto de uno o más diodos. El microcontrolador se puede configurar para regular la corriente a través del conjunto de uno o más diodos regulando el voltaje en la barra colectora de DC. El microcontrolador se puede también configurar para regular la corriente que fluye a través del conjunto de uno o más transistores y del conjunto de uno o más diodos tal que sustancialmente toda la energía fluye a través del conjunto de uno o más transistores cuando la carga de energía de la barra colectora de DC está dentro de un primer intervalo de energía. El conjunto de uno o más transistores puede tener una primera capacidad de energía total y el conjunto de uno o más diodos puede tener una segunda capacidad de energía total, donde la primera capacidad de energía total es menor que la segunda capacidad de energía total, y en donde el primer intervalo de energía puede estar entre cero y un nivel elegido dinámicamente, en parte, basado en la primera capacidad de energía total. El aparato puede también incluir un conjunto de uno o más dispositivos de almacenamiento o consumo de energía; y un interruptor acoplado a la barra colectora de DC y al conjunto de uno o más dispositivos de consumo de energía, en donde el microcontrolador se configura adicionalmente para regular la transferencia de energía al conjunto de uno o más dispositivos de consumo o almacenamiento de energía. El conjunto de uno o más dispositivos de consumo de energía puede incluir los resistores. El conjunto de uno o más dispositivos de consumo de energía puede incluir los condensadores. El conjunto de uno o más transistores puede incluir uno o más conjuntos de transistores, cada conjunto de transistores está configurado para operar como una unidad separada. El aparato puede también incluir: un interruptor ubicado entre la barra colectora de AC y uno de los conjuntos de transistores tal que el conjunto de transistores no esté acoplado directamente a la barra colectora de AC, el interruptor acoplado a la barra colectora de AC, un dispositivo de carga de AC, y el conjunto de transistores, en donde el interruptor se configura para acoplar alternativamente el conjunto de transistores a la barra colectora de AC o al dispositivo de carga de AC; en donde se configura el conjunto de transistores para realizar la conversión de energía de AC a DC cuando está acoplado a la barra colectora de AC y a la barra colectora de DC y para realizar la conversión de energía DC a AC cuando está acoplado a la barra colectora de DC y al dispositivo de carga de AC.

Un aparato para interconectar una barra colectora de AC y una barra colectora de DC incluye: un conjunto de uno o más transistores acoplados a la barra colectora de AC y acoplados a la barra colectora de DC; un conjunto de uno o más SCR acoplado a la barra colectora de AC y acoplado a la barra colectora de DC; y un primer microcontrolador acoplado al conjunto de uno o más transistores configurado para regular la corriente que fluye a través del conjunto de uno o más transistores y regular la corriente que fluye a través del conjunto de uno o más SCR. El primer microcontrolador se puede configurar para regular la corriente a través del conjunto de uno o más SCR regulando el voltaje en la barra colectora de DC. El primer microcontrolador puede además regular la corriente a través del conjunto de uno o más SCR controlando las compuertas de los SCR. El aparato puede también incluir: un segundo microcontrolador acoplado a uno o más SCR; en donde el primer microcontrolador regula la corriente a través del conjunto de uno o más SCR señalizando el segundo microcontrolador. El microcontrolador se puede configurar para regular la corriente que fluye a través del conjunto de uno o más transistores y del conjunto de uno o más SCR tal que sustancialmente toda la energía que fluye a través del conjunto de uno o más transistores cuando la carga de energía de la barra colectora de DC está dentro de un primer intervalo de energía. El conjunto de uno o más transistores puede tener una primera capacidad de energía total y el conjunto de uno o más SCR puede tener una segunda capacidad de energía total, donde la primera capacidad de energía total es menor que la segunda capacidad de energía total, y en donde el primer intervalo de energía está entre cero y un nivel que se elige dinámicamente, en parte, basado en la primera capacidad de energía total. El aparato puede también incluir: un conjunto de uno o más dispositivos de consumo de energía; y un interruptor acoplado a la barra colectora de DC y al conjunto de uno o más dispositivos de consumo de energía, en donde el primer microcontrolador se configura adicionalmente para regular la transferencia de energía al conjunto de uno o más dispositivos de consumo de energía. El conjunto de uno o más dispositivos de consumo de energía puede incluir los resistores. El conjunto de uno o más dispositivos de consumo de energía puede incluir los condensadores.

Un método para interconectar una barra colectora de AC acoplada a un conjunto de uno o más generadores con una barra colectora de DC incluye: acoplar un conjunto de uno o más transistores que tienen una primera capacidad de energía total a la barra colectora de AC y a la barra colectora de DC; acoplar un conjunto de uno o más diodos que tiene una segunda capacidad de energía total a la barra colectora de AC y a la barra colectora de DC; y regular la corriente que fluye a través del conjunto de uno o más transistores y del conjunto de uno o más diodos tal que sustancialmente toda la energía fluya a través del conjunto de uno o más transistores cuando la carga de energía de la barra colectora de DC está dentro de un primer intervalo de energía; en donde la primera capacidad de energía total es sustancialmente menor que la capacidad de energía total del conjunto de uno o más generadores. El primer intervalo de energía se puede seleccionar, por lo menos en parte, para corresponder al intervalo de energía en donde el sistema completo, que incluye uno o más generadores, la barra colectora de AC, y la barra colectora de DC, se conoce como menos estable. El primer intervalo de energía puede estar entre cero y un nivel. El nivel se puede elegir dinámicamente, en parte, basado en la primera capacidad de energía total. El nivel se puede elegir dinámicamente, en parte, por la capacidad de uno o más generadores. La etapa de regulación de flujo de corriente puede incluir la regulación del voltaje en la barra colectora de DC. El método también puede incluir: acoplar, a través de un interruptor, la barra colectora de DC a un conjunto de uno o más dispositivos de consumo o almacenamiento de energía; regular la corriente que fluye a través del conjunto de uno o más dispositivos de consumo o almacenamiento de energía cuando la carga de energía de la barra colectora de DC está por encima de un segundo nivel. El segundo nivel se puede elegir dinámicamente, en parte, basado en la primera capacidad de energía total.

Un aparato para la conversión de energía de AC a DC y de DC a AC incluye: un conjunto de uno o más conjuntos de transistores, cada conjunto de transistores está configurado para operar como una unidad separada acoplada a una barra colectora de AC y a una barra colectora de DC; un interruptor colocado entre la barra colectora de AC y uno de los conjuntos de transistores tal que el conjunto de transistores no esté acoplado directamente a la barra colectora de AC, el interruptor acoplado a la barra colectora de AC, un dispositivo de carga de AC, y el conjunto de transistores, en donde el interruptor se configura para acoplar alternativamente el conjunto de transistores a la barra colectora de AC o al dispositivo de carga de AC; en donde el conjunto de transistores se configura para realizar la conversión de energía de AC a DC cuando está acoplado a la barra colectora de AC y a la barra colectora de DC y para realizar la conversión de energía de DC a AC cuando está acoplado a la barra colectora de DC y al dispositivo de carga de AC. El aparato puede también incluir: un segundo interruptor colocado entre la barra colectora de AC y un segundo conjunto de transistores tal que el segundo conjunto de transistores no esté acoplado directamente a la barra colectora de AC, el interruptor acoplado a la barra colectora de AC, un dispositivo de carga de AC, y el segundo conjunto de transistores, en donde el interruptor se configura para acoplar alternativamente el segundo conjunto de transistores a la barra colectora de AC o al dispositivo de carga de AC; en donde el segundo conjunto de transistores se configura para realizar la conversión de energía de AC a DC cuando está acoplado a la barra colectora de AC y a la barra colectora de DC y para realizar la conversión de energía de DC a AC cuando está acoplado a la barra colectora de DC y al dispositivo de carga de AC.

Un aparato para interconectar una barra colectora de AC y una barra colectora de DC incluye: un conjunto de uno o más transistores acoplados a la barra colectora de AC y acoplados a la barra colectora de DC; un conjunto de uno o más SCR acoplado a la barra colectora de AC y acoplado a la barra colectora de DC; y un microcontrolador acoplado al conjunto de uno o más transistores configurado para regular la corriente que fluye a través del conjunto de uno o más transistores y regular la corriente que fluye a través del conjunto de uno o más SCR. El microcontrolador se puede configurar para regular la corriente a través del conjunto de uno o más SCR regulando el voltaje en la barra colectora de DC. El microcontrolador se puede configurar para regular la corriente que fluye a través del conjunto de uno o más transistores y del conjunto de uno o más SCR tal que sustancialmente toda la energía fluya a través del conjunto de uno o más transistores cuando la carga de energía de la barra colectora de DC está dentro de un primer intervalo de energía. El conjunto de uno o más transistores puede tener una primera capacidad de energía total y el conjunto de uno o más SCR puede tener una segunda capacidad de energía total, donde la primera capacidad de energía total es menor que la segunda capacidad de energía total, y el primer intervalo de energía está entre cero y un nivel que se elige dinámicamente, en parte, basado en la primera capacidad de energía total. El aparato puede también incluir: un conjunto de uno o más dispositivos de consumo o almacenamiento de energía; y un interruptor acoplado a la barra colectora de DC y al conjunto de uno o más dispositivos de consumo de energía, en donde el microcontrolador se configura adicionalmente para regular la transferencia de energía al conjunto de uno o más dispositivos de consumo o almacenamiento de energía. El conjunto de uno o más dispositivos de consumo de energía puede incluir los resistores. El conjunto de uno o más dispositivos de consumo de energía puede incluir los condensadores. El conjunto de uno o más transistores puede incluir uno o más conjuntos de transistores, cada conjunto de transistores está configurado para operar como una unidad separada. El aparato puede también incluir: un interruptor colocado entre el barra colectora de AC y uno de los conjuntos de transistores tal que el conjunto de transistores no esté acoplado directamente a la barra colectora de AC, el interruptor acoplado a la barra colectora de AC, un dispositivo de carga de AC, y al conjunto de transistores, en donde el interruptor se configura para acoplar alternativamente el conjunto de transistores a la barra colectora de AC o al dispositivo de carga de AC; en donde el conjunto de transistores se configura para realizar la conversión de energía de AC a DC cuando está acoplado a la barra colectora de AC y a la barra colectora de DC y para realizar la conversión de energía de DC a AC cuando está acoplado a la barra colectora de DC y al dispositivo de carga de AC.

Un aparato para interconectar una barra colectora de AC y una barra colectora de DC incluye: un conjunto de uno o más transistores acoplado a la barra colectora de AC y acoplado a la barra colectora de DC; un conjunto de uno o más SCR acoplado a la barra colectora de AC y acoplado a la barra colectora de DC; y un primer microcontrolador acoplado al conjunto de uno o más transistores configurado para regular la corriente que fluye a través del conjunto de uno o más transistores y regular la corriente que fluye a través del conjunto de uno o más SCR. El primer microcontrolador se puede configurar para regular la corriente a través del conjunto de uno o más SCR regulando el voltaje en la barra colectora de DC. El primer microcontrolador además puede regular la corriente a través del conjunto de uno o más SCR controlando las compuertas de los SCR. El aparato puede también incluir: un segundo microcontrolador acoplado a uno o más SCR; en donde el primer microcontrolador regula la corriente a través del conjunto de uno o más SCR señalizando el segundo microcontrolador. El microcontrolador se puede configurar para regular la corriente que fluye a través del conjunto de uno o más transistores y del conjunto de uno o más SCR tal que sustancialmente toda la energía fluya a través del conjunto de uno o más transistores cuando la carga de energía de la barra colectora de DC está dentro de un primer intervalo de energía. El conjunto de uno o más transistores puede tener una primera capacidad de energía total y el conjunto de uno o más SCR puede tener una segunda capacidad de energía total, donde la primera capacidad de energía total es menor que la segunda capacidad de energía total, y en donde el primer intervalo de energía está entre cero y un nivel que se elige dinámicamente, en parte, basado en la primera capacidad de energía total. El aparato puede también incluir: un conjunto de uno o más dispositivos de consumo de energía; y un interruptor acoplado a la barra colectora de DC y al conjunto de uno o más dispositivos de consumo de energía, en donde el primer microcontrolador se configura adicionalmente para regular la transferencia de energía al conjunto de uno o más dispositivos de consumo de energía. El conjunto de uno o más dispositivos de consumo de energía puede incluir los resistores. El conjunto de uno o más dispositivos de consumo de energía puede incluir los condensadores.

Un método para interconectar una barra colectora de AC acoplada a un conjunto de uno o más generadores con una barra colectora de DC incluye: acoplar un conjunto de uno o más transistores que tiene una primera capacidad de energía total a la barra colectora de AC y a la barra colectora de DC; acoplar un conjunto de uno o más SCR que tiene una segunda capacidad de energía total a la barra colectora de AC y a la barra colectora de DC; y regular la corriente que fluye a través del conjunto de uno o más transistores y del conjunto de uno o más SCR tal que sustancialmente toda la energía fluya a través del conjunto de uno o más transistores cuando la carga de energía de la barra colectora de DC esté dentro de un primer intervalo de energía; en donde la primera capacidad de energía total es sustancialmente menor que la capacidad de energía total del conjunto de uno o más generadores. El primer intervalo de energía se puede seleccionar, por lo menos en parte, para corresponder al intervalo de energía en donde el sistema completo, que incluye uno o más generadores, la barra colectora de AC, y la barra colectora de DC, se conoce como menos estable. El primer intervalo de energía puede estar entre cero y un nivel. El nivel se puede elegir dinámicamente, en parte, basado en la primera capacidad de energía total. El nivel se puede elegir dinámicamente, en parte, basado en la capacidad de uno o más generadores. La etapa de regulación de flujo de corriente puede incluir la regulación de voltaje en la barra colectora de DC. El método puede también incluir: acoplar, a través de un interruptor, la barra colectora de DC a un conjunto de uno o más dispositivos de consumo o almacenamiento de energía; regular el flujo de corriente a través del conjunto de uno o más dispositivos de consumo o almacenamiento de energía cuando la carga de energía de la barra colectora de DC está por encima de un segundo nivel. El segundo nivel se puede elegir dinámicamente, en parte, basado en la primera capacidad de energía total.

Un aparato para la conversión de energía de AC a DC y de DC a AC incluye: un conjunto de uno o más conjuntos de transistores, cada conjunto de transistores está configurado para operar como una unidad separada acoplada a una barra colectora de AC y a una barra colectora de DC, un interruptor colocado entre el barra colectora de AC y uno de los conjuntos de transistores tal que el conjunto de transistores no sea acoplado directamente a la barra colectora de AC, al interruptor acoplado a la barra colectora de AC, a un dispositivo de carga de AC, y al conjunto de transistores, en donde el interruptor se configura para acoplar alternativamente el conjunto de transistores a la barra colectora de AC o al dispositivo de carga de AC; en donde el conjunto de transistores se configura para realizar la conversión de energía de AC a DC cuando está acoplado a la barra colectora de AC y a la barra colectora de D y para realizar conversión de energía de DC a AC cuando está acoplado a la barra colectora de DC y al dispositivo de carga de AC. El aparato puede también incluir: un segundo interruptor colocado entre la barra colectora de AC y un segundo conjunto de transistores tal que el segundo conjunto de transistores no esté acoplado directamente a la barra colectora de AC, al interruptor acoplado a la barra colectora de AC, a un dispositivo de carga de AC, y al segundo conjunto de transistores, en donde el interruptor se configura para acoplar alternativamente el segundo conjunto de transistores a la barra colectora de AC o al dispositivo de carga de AC; en donde el segundo conjunto de transistores se configura para realizar la conversión de energía de AC a DC cuando está acoplado a la barra colectora de AC y a la barra colectora de DC y para realizar la conversión de energía de DC a AC cuando está acoplado a la barra colectora de DC y al dispositivo de carga de AC.

Un aparato para el uso con un generador de AC, una carga de AC, y una barra colectora de DC, incluye: un conjunto de transistores configurado para realizar la conversión de energía AC a DC y la conversión de energía de DC a AC, el conjunto de transistores que incluye por lo menos una primera entrada y una segunda entrada; un primer interruptor acoplado al generador de AC, a la carga de AC, a la barra colectora de DC, y a la primera entrada del conjunto de transistores, el primer interruptor está configurado para conectar la primera entrada del conjunto de transistores con el generador de AC, la carga de AC, o la barra colectora de DC; un segundo interruptor acoplado al generador de AC, la carga de AC, la barra colectora de DC, y la segunda entrada del conjunto de transistores, el segundo interruptor está configurado para conectar la segunda entrada del conjunto de transistores con el generador de AC, la carga de AC, o la barra colectora de DC; y un microcontrolador configurado para, en un primer caso, dar instrucciones al primer interruptor y al segundo interruptor para conectar la primera y segunda entradas de los conjuntos de transistores para que el conjunto de transistores pueda convertir la energía de AC del generador de AC a energía DC para la barra colectora de DC y para, en un segundo caso, dar instrucciones al primer interruptor y al segundo interruptor para conectar las primeras y segundas entradas del conjunto de transistores para que el conjunto de transistores pueda convertir la energía de DC de la barra colectora de DC a energía AC para la carga de AC. El microcontrolador se puede configurar para dar instrucciones al primer interruptor para conectar la primera entrada del conjunto de transistores con el generador de AC y para dar instrucciones al segundo interruptor para conectar la segunda entrada del conjunto de transistores con la barra colectora de DC para que el conjunto de transistores pueda convertir la energía AC del generador de AC a la energía DC para la barra colectora de DC, y se puede configurar adicionalmente para dar instrucciones al primer interruptor para conectar la primera entrada del conjunto de transistores con la barra colectora de DC y para dar instrucciones al segundo interruptor para conectar la segunda entrada del conjunto de transistores con la carga de AC para que el conjunto de transistores pueda convertir la energía de DC de la barra colectora de DC a la energía AC para la carga de AC.

Un método para usar un conjunto de transistores capaz de realizar la conversión de AC a DC, DC a AC. o DC a DC en combinación con un generador, una carga, y una barra colectora de DC, incluye: acoplar el conjuntos de transistores al generador y a la barra colectora de DC, tal que el conjunto de transistores pueda realizar la conversión de AC a DC o DC a DC. El método también incluye el acoplamiento del conjunto de transistores a la barra colectora de DC y a la carga tal que el conjunto de transistores pueda realizar la conversión de DC a AC o la conversión de DC a DC.

Breve Descripción de los Dibujos Para una comprensión más completa de la presente invención, ahora se hará referencia a la siguiente descripción tomada en combinación con los dibujo anexados, en donde: La figura 1 es un diagrama de bloques que ilustra una barra colectora de voltaje de DC convencional que acopla múltiples sistemas de generación de voltaje de CA a varias cargas.

La figura 2 es un diagrama esquemático que ilustra un rectificador de diodos de onda completa convencional con seis diodos.

La figura 3 es un diagrama esquemático que ilustra una distribución convencional de los SCR para la conversión de AC a DC.

La figura 4 es un diagrama esquemático que ilustra una distribución convencional de los transistores.

La figura 5 es una gráfica que ilustra las diferentes regiones de operación experimentadas por un sistema de conversión de energía de acuerdo con una modalidad de la invención.

La figura 6 es un diagrama esquemático que ilustra un regulador de barra colectora de DC ejemplar que usa un conjunto de transistores y un bloque de diodos de acuerdo con una modalidad de la invención.

La figura 7 es un diagrama esquemático que ilustra un regulador de barra colectora de DC ejemplar que usa un conjunto de transistores y un conjunto de SCR de acuerdo con una modalidad de la Invención.

La figura 8 es un diagrama esquemático que ilustra un regulador de barra colectora de DC ejemplar que usa un resistor de acuerdo con una modalidad de la invención.

La figura 9 es un diagrama esquemático que ilustra un regulador de barra colectora de DC ejemplar que usa un resistor y un condensador de acuerdo con una modalidad de la invención.

La figura 10 es un diagrama de bloques que ilustra un conjunto de oscilación para la conversión de AC a DC, DC a AC, y DC a DC de acuerdo con una modalidad de la invención.

Descripción Detallada de la Invención Es más probable que las características de conmutación rápida en un regulador de barra colectora de DC sean necesitadas solo en algunas ocasiones. Bajo ciertas condiciones es más probable que el panorama de carga pueda ser imprevisible y que experimente cambios rápidos que hacen a la conmutación rápida necesaria para mantener la estabilidad del sistema eléctrico. Por ejemplo, en el caso de un sistema eléctrico en una plataforma de perforación en el mar, el sistema eléctrico tiende a ser inestable donde las cargas son pequeñas en comparación con la capacidad del generador en línea. Bajo estas condiciones inestables, el tiempo de reacción rápida de los transistores es deseable. Sin embargo, cuando el sistema eléctrico es estable, la conmutación rápida puede no ser requerida. Donde no sea necesaria la conmutación rápida de los transistores, los diodos o SCR pueden ser una solución más durable y rentable para la conversión de energía.

Reconociendo que la capacidad de conmutación rápida de los transistores es solamente necesaria durante ciertas condiciones del sistema, tal como carga de energía baja con respecto a los panoramas de capacidad del generador para un sistema eléctrico de plataforma de perforación en el mar, un sistema se puede diseñar para incluir los transistores capaces de solamente manejar una fracción de la carga de energía total junto con el diodo o SCR para manejar la carga restante. Así, un tal sistema híbrido puede ser reducido en tamaño y costo en comparación con todo el sistema de transistores para la misma carga de energía total mientras que todavía mantiene la capacidad de conmutación rápida cuando sea necesario. La realización de tal sistema no es posible simplemente combinando las dos tecnologías puesto que ambas tecnologías realizan generalmente la misma función. De hecho, la creación de un sistema híbrido requiere utilizar un sistema de control que reconozca las condiciones de energía durante las cuales es más probable que la conmutación rápida sea necesitada y las condiciones de energía durante las cuales es probable que el sistema sea más estable.

La figura 5 es una gráfica que ilustra las diferentes regiones de operación experimentadas por un regulador de barra colectora de DC ejemplar en un sistema eléctrico de plataforma de perforación en el mar de acuerdo con una modalidad de la invención. El diagramas 500 representa el flujo de energía a través del regulador de barra colectora de DC en el eje y 501 contra el consumo de energía por la barra colectora de DC en el eje x 502. Las líneas 503, 504, 505, y 506 representan la capacidad total de los transistores incluidos en el regulador de barra colectora de DC ejemplar, que es solamente una fracción de la capacidad total del sistema, según lo ilustrado por las líneas 507 y 508. La región 51 cubre la conducción delantera de los generadores de AC a la barra colectora de DC. La región 51 tiene dos modos operacionales. En la región 511, los transistores están en la conducción delantera. En la región 512, se ha excedido la capacidad del transistor y los diodos se encienden para ayudar en la manipulación de la carga más grande. La región 52 cubre la conducción inversa de la barra colectora de DC a los generadores de AC. La región 52 tiene dos modos operacionales. En la región 521, los transistores operan en la conducción inversa. En la región 522, la capacidad de los transistores se ha excedido y un sistema de resistores u otros dispositivos de consumo o almacenamiento de energía se encienden para consumir la energía adicional de la barra colectora de DC. La figura 5 ilustra una gráfica de operación ejemplar. Las líneas 503, 504, 505, y 506 pueden ser niveles predefinidos o elegidos dinámicamente basado en las condiciones de operación del sistema eléctrico. Otras alternativas se discuten posteriormente y los expertos en la técnica reconocerán otras basadas en las presentes enseñanzas.

La figura 6 es un diagrama esquemático que ilustra un regulador de barra colectora de DC ejemplar que utiliza conjuntos de transistores y conjuntos de diodos de acuerdo con una modalidad de la invención. El regulador 600 se puede utilizar para implementar la gráfica operacional mostrada en la figura 5. El regulador 600 acepta la entrada de fuente de AC trifásica 602 acondicionada por el transformador 604. Un valor común para la fuente de AC 602 en una aplicación puede ser de 11 kV. El transformador 604 produce un voltaje sobre la línea 610 y la línea 620. Un valor común para las líneas 610 y 620 es 600 V, pero no necesitan ser iguales. El conjunto de transistores 612 se puede acoplar a la linea 610 y a la barra colectora de DC 614. El conjunto de transistores 612 se puede implementar, por lo menos parcialmente, usando el conjunto de transistores 400 en la figura 4. El conjunto de diodos 622 se puede acoplar a la línea 610 y a la barra colectora de DC 614. El conjunto de diodos 622 se puede implementar, por lo menos parcialmente, usando el rectificador de diodos 200 en la figura 2. El microcontrolador 613 está conectado operativamente con el conjunto de transistores 612 para controlar el flujo de corriente y producir el voltaje del conjunto de transistores 612. El microcontrolador 613 puede ser cualquier sistema de control capaz de controlar el conjunto de transistores 612 tal como, por ejemplo, un microprocesador programable, un procesador de señal digital ("DSP", por sus siglas en inglés), matriz de compuertas programable de campo ("FPGA", por sus siglas en inglés), el circuito integrado de aplicación específica ("ASIC", por sus siglas en inglés), o cualquier otro dispositivo lógico. El microcontrolador 613 se puede integrar con el conjunto de transistores 612 o puede estar separado. En otra modalidad, el conjunto de transistores 612 puede supervisar independientemente el voltaje de la barra colectora de DC 614 y regular la corriente que fluye a través del conjunto de transistores 612. En aún otra modalidad, las cargas conectadas con el regulador 600 se pueden configurar para proporcionar la entrada al microcontrolador 613 con respecto a futuras demandas de energía.

Volviendo a la figura 5, en la región de operación 511, una porción sustancial de la energía total que pasa a través del regulador 600 pasará a través del conjunto de transistores 612. En una modalidad preferida, esto es logrado por el microcontrolador 613 que controla el conjunto de transistores 612 tal que el voltaje en la barra colectora de DC 614 esté a un nivel por debajo del voltaje en la línea 620, haciendo que los diodos no sean conductivos. El microcontrolador 613 puede controlar el sistema tal que toda la corriente fluya a través del conjunto de transistores 612 o simplemente tal que una porción sustancial fluya a través del conjunto de transistores 612 y una porción más pequeña fluya a través del conjunto de diodos 622. Cuando la carga de energía aumenta tal que la región de operación 512 sea ingresada, la energía adicional fluirá a través del conjunto de diodos 622. Esto se puede lograr en una modalidad preferida por el microcontrolador 613 que configura el conjunto de transistores 612 para modificar el voltaje en la barra colectora de DC 614 para permitir la conducción a través del conjunto de diodos 622. Cuando la operación entra nuevamente a la región 511, el microcontrolador 613 configura el conjunto de transistores 612 para modificar el voltaje en la barra colectora de DC 614 para inhabilitar o reducir sustancialmente la conducción a través del conjunto de diodos 622. Al operar en la región 512, la conducción de energía a través del conjunto de transistores 612 puede, en algunas modalidades, ser reducida o concluida significativamente. Según lo discutido detalladamente más adelante, esto puede permitir que el conjunto de transistores 612 o alguna porción del mismo se utilicen en otras operaciones alrededor de la red de distribución. Se debe observar que el limite entre las regiones 511 y 512 no necesita ser la capacidad absoluta de los transistores disponibles. De hecho, el límite puede ser un valor apropiado que considera los recursos disponibles del regulador 600 y las características de operación del sistema.

Otra modalidad de un sistema que convierte la energía de AC a DC combina los conjuntos de transistores y SCR. Las ventajas de este diseño son el tiempo de reacción rápida de los transistores y la alta capacidad, bajo costo, y corriente controlable de los SCR. Los SCR operan en el caso más simple idéntico a los diodos pero tienen la característica agregada del control de corriente a través del tiempo de ejecución de la compuerta.

La figura 7 es un diagrama esquemático que ilustra un regulador de barra colectora de DC ejemplar que usa un conjunto de transistores y un conjunto de SCR de acuerdo con una modalidad de la invención. El regulador 700 puede, por ejemplo, implementar el sistema ilustrado en la figura 5. El conjunto de transistores 612 se acopla a la línea 610 en la barra colectora de DC 614, de manera similar al regulador 600. El paquete de SCR 722 se puede acoplar a la línea 620, después de acondicionarse por los inductores 723, y a la barra colectora de DC 614, similar a la colocación del conjunto de diodos 622 en la figura 6. El conjunto de SCR 722 puede ser implementado, por lo menos parcialmente, usando el conjunto de SCR 300 en la figura 3. En la región de operación 511, una porción sustancial de energía total que pasa a través del regulador 700 pasará a través del conjunto de transistores 612. En una modalidad preferida, el microcontrolador 613 puede controlar la energía que fluye a través del conjunto de transistores 612 para regular el voltaje en la barra colectora de DC 614. En una modalidad, el microcontrolador 613 también acopla el conjunto de SCR 722. El microcontrolador 613 puede controlar las compuertas de los SCR en el conjunto de SCR 722 para permitir que la energía fluya a través del conjunto de SCR 722. Alternativamente, el microcontrolador 613 puede controlar un segundo microcontrolador (no ¡lustrado) que controla los SCR.

Otra modalidad de un sistema que convierte la energía de AC a DC combina los transistores con los diodos o SCR y los resistores. Los diodos y SCR según lo mostrado en la figura 6 y figura 7 se pueden utilizar para aumentar la capacidad de los transistores cuando la energía progresiva excede la capacidad del transistor. Sin embargo, los diodos y SCR solamente conducen en una dirección que evita que permitan el flujo de energía inversa. En la región de operación 522, los resistores, baterías, condensadores, u otros dispositivos de almacenamiento se pueden agregar para eliminar energía de la barra colectora de DC.

La figura 8 es un diagrama esquemático que ilustra un regulador de barra colectora de DC ejemplar que usa los resistores de acuerdo con una modalidad de la invención. El regulador 800 acepta la entrada de la fuente de AC 602 después del acondicionamiento por el transformador 604 en la linea 610 y en la línea 620. El conjunto de transistores 612 acopla la línea 610 a la barra colectora de DC 614 y el conjunto de diodos 822 acopla la línea 620 a la barra colectora de DC 614. Un conjunto de SCR se podría utilizar en lugar del conjunto de diodos 822 para lograr resultados similares, según lo ilustrado en la figura 7. Además, el conjunto de transistores 832 acopla los resistores 834 a la barra colectora de DC 614. El conjunto de transistores 832 puede ser compuesto por los transistores que pueden ser similares a los transistores usados en el conjunto de transistores 612, o puede ser cualquier otro componente de conmutación con las características operacionales necesarias. El conjunto de transistores 832 se puede controlar por el microcontrolador 613 para permitir o inhabilitar los resistores 834. En la región de operación de energía inversa 521 según lo ilustrado en la figura 5, la energía puede fluir a través del conjunto de transistores 612 de regreso a la fuente de AC 602. Cuando la capacidad de energía del conjunto de transistores 612 se alcanza, el microcontrolador 613 puede permitir que el conjunto de transistores 832 haga fluir la energía a los resistores 834 y se disipe como calor. Cuando la operación regresa a la región 521, el microcontrolador 613 puede apagar el conjunto de transistores 832 y el flujo de energía ocurre solamente a través del conjunto de transistores 612. Según lo discutido anteriormente, el límite entre las regiones 521 y 522 no necesita ser la capacidad absoluta de los transistores disponibles. De hecho, el límite puede ser un valor apropiado que considera los recursos disponibles del regulador 800 y las características de operación del sistema.

Aunque los resistores proporcionen el consumo de energía cuando la energía necesita ser extraída de la barra colectora de DC, la energía se pierde en la disipación de calor. Puesto que los generadores consumen recursos para generar la energía extraída de la barra colectora de DC, sería preferible almacenar la energía en un medio en donde la energía se pueda suministrar nuevamente en la barra colectora de DC en un momento posterior. Tal configuración aumentaría la eficacia y reduciría el costo de operar los generadores para el sistema eléctrico. Además, la energía almacenada puede responder más dinámicamente a los cambios de las cargas de energía. Los aumentos repentinos en la demanda de la energía son difíciles de controlar con los generadores de AC debido a la longitud del tiempo de reacción requerido para aumentar el consumo de combustible para generar la energía necesaria. Además, se obtiene la autonomía de los generadores, debido a que una falla repentina de los generadores de AC se puede compensar por la energía almacenada.

La figura 9 es un diagrama esquemático que ilustra un regulador de barra colectora de DC ejemplar que usa un resistor y un condensador para la regulación de energía inversa de acuerdo con una modalidad de la invención. El regulador 900 acepta la entrada de la fuente de AC 602 después del acondicionamiento por el transformador 604 en la línea 610 y en la línea 620. El conjunto de transistores 612 acopla la línea 610 a la barra colectora de DC 614 y el conjunto de diodos 822 acopla la línea 620 a la barra colectora de DC 614. Un conjunto de SCR se podría utilizar en lugar del conjunto de diodos 822 para alcanzar resultados similares. Además, el interruptor 942 acopla los condensadores 944 y resistores 946 a la barra colectora de DC 614. El interruptor 942 se puede controlar por el microcontrolador 613 para permitir o inhabilitar a los condensadores 944. Además, el interruptor 950 y el interruptor 952 acoplados a los condensadores 944 y a los resistores 946, respectivamente, permiten que la energía sea almacenada en los condensadores 944 o sea disipada a través de los resistores 946. En la región de operación de energía inversa 521 la energía puede fluir a través del conjunto de transistores 612 de regreso a la fuente de AC 602. Cuando la capacidad de energía del conjunto de transistores 612 se alcanza, el microcontrolador 613 puede dejar que el interruptor 942 permita que la energía fluya a los condensadores 944. Cuando la operación regresa a la región 521, el microcontrolador 613 puede apagar el interruptor 942 y el flujo de energía ocurre solamente a través del conjunto de transistores 612. El regulador 900 puede también utilizar una combinación de resistores y condensadores en lugar de los condensadores 944. Además, cualquier otra disipación de energía o tecnología de almacenamiento de energía se puede utilizar en combinación o como una sustitución para los condensadores 944 tal como masas o baterías giratorias.

Aunque la presente descripción se haya descrito detalladamente usando fuentes de AC trifásicas, el experto en la técnica puede modificar fácilmente la descripción en esta solicitud para operar en un sistema de AC bifásico u otro sistema de AC, o desde los generadores de DC.

En el diseño de la figura 1 se requieren múltiples convertidores de AC a DC al igual que múltiples convertidores de DC a AC y los convertidores de DC a DC. Por ejemplo, el motor 134 puede operar con energía de AC y por lo tanto es necesario convertir la energía en la barra colectora de DC nuevamente a AC antes de que se pueda utilizar por el motor 134. El experto en la técnica reconocerá que la conversión de energía de DC a AC puede ser realizada usando componentes similares como los utilizados para la conversión de energía de AC a DC. Por ejemplo, el conjunto de transistores 612 según lo mostrado en las figuras 6, 7, 8, y 9 se puede configurar para realizar la conversión de DC a AC. También, la conversión de energía de DC a AC puede ser realizada usando componentes similares como en la conversión de DC a AC y de AC a DC.

En las diferentes regiones de operación mostradas ejemplarmente en la figura 5, mientras el flujo de energía se desvía de los transistores a los diodos o SCR, por lo menos una porción del conjunto de transistores no usada se puede conmutar para convertir la energía de AC a DC para que la barra colectora de DC convierta la energía de DC a AC para una carga, dispositivo de almacenamiento de energía, o resistor unido. Tal configuración puede reducir el número de transistores requeridos para el sistema eléctrico ilustrado en la figura 1, de tal modo que se reducen los requisitos de espacio y costo del sistema eléctrico completo.

La figura 10 es un diagrama de bloque que ilustra un conjunto de oscilación para la conversión de AC a DC, DC a AC, y DC a DC de acuerdo con una modalidad de la invención. El sistema eléctrico 1000 incluye el bloque de los convertidores 1002. El bloque de los convertidores 1002 puede ser cualquier número o combinación de dispositivos capaces de la conversión de AC a DC, DC a AC, y DC a DC, tal como el conjunto de transistores 400 ilustrado en la figura 4. El bloque de los convertidores 1002 se acopla en un lado a la barra colectora de DC 1020 y en otro lado a los aisladores 1004. Los aisladores 1004 cuando son cerrados acoplan un convertidor del bloque 1002 a la línea 1014 que conduce a los generadores de AC o DC o a la línea 1012 que conduce a las cargas de AC o DC. Los aisladores pueden ser controlados, por ejemplo, por el microcontrolador u otro sistema de control que puede ser separados o igual que el microcontrolador 613. El inductor 1006 acondiciona la energía antes de alcanzar la línea 1012 o línea 1014. Cuya selección de las unidades de consumo de energía acopladas en el generador para la transferencia de energía de la barra colectora de DC o de a la barra colectora de DC a la carga, se puede basar en el presente proceso. Por ejemplo, el uso de un conjunto de energía del bloque 1002 para pasar energía a un dispositivo de almacenamiento de energía seria hecho cuando la barra colectora de DC tenga un exceso de energía y por lo tanto el conjunto de energía no necesitaría ser acoplado al mover la energía del generador a la barra colectora de DC.

Aunque la presente descripción y sus ventajas se hayan descrito detalladamente, se debe entender que varios cambios, sustituciones y alteraciones se pueden hacer en la presente sin apartarse del espíritu y alcance de la descripción según lo definido por las reivindicaciones anexadas. Por otra parte, el alcance de la presente solicitud no se piensa como limitado a las modalidades particulares del proceso, máquina, fabricación, composición de la materia, medios, métodos y etapas descritos en la especificación. Como un experto en la técnica apreciará fácilmente a partir de la presente invención, descripción, máquinas, fabricación, composiciones de la materia, medios, métodos, o etapas, actualmente existentes o que serán desarrollados posteriormente los cuales llevan a cabo sustancialmente la misma función o alcanzan sustancialmente el mismo resultado que las modalidades correspondientes descritas en la presente, se pueden utilizar de acuerdo con la presente descripción. Por consiguiente, las reivindicaciones anexadas se piensan para incluir dentro de su alcance tales procesos, máquinas, fabricación, composiciones de materia, medios, métodos, o etapas.

Claims (22)

REIVINDIACCIONES

1. Un aparato para ¡nterconectar una barra colectora de AC y una barra colectora de DC, que comprende: un conjunto de uno o más transistores acoplados a la barra colectora de AC y acoplados a la barra colectora de DC; un conjunto de uno o más diodos acoplados a la barra colectora de AC y acoplados a la barra colectora de DC; y un microcontrolador acoplado al conjunto de uno o más transistores configurado para regular la corriente que fluye a través del conjunto de uno o más transistores y regular la corriente que fluye a través del conjunto de uno o más diodos.

2. El aparato de la reivindicación 1, en donde el microcontrolador es configurado para regular la corriente a través del conjunto de uno o más diodos regulando el voltaje en la barra colectora de DC.

3. El aparato de la reivindicación 1, en donde el microcontrolador se configura para regular la corriente que fluye a través del conjunto de uno o más transistores y del conjunto de uno o más diodos tal que sustancialmente toda la energía fluya a través del conjunto de uno o más transistores cuando la carga de energía de la barra colectora de DC está dentro de un primer intervalo de energía.

4. El aparato de la reivindicación 3, en donde el conjunto de uno o más transistores tiene una primera capacidad de energía total y el conjunto de uno o más diodos tiene una segunda capacidad de energía total, donde la primera capacidad de energía total es menor que la segunda capacidad de energía total, y el primer intervalo de energía está entre cero y un primer nivel que se selecciona, en parte, basado en la primera capacidad de energía total.

5. El aparato de la reivindicación 1, que adicionalmente comprende: un conjunto de uno o más dispositivos de consumo o almacenamiento de energía; y un interruptor acoplado a la barra colectora de DC y al conjunto de uno o más dispositivos de consumo de energía, en donde el microcontrolador además se configura para regular la transferencia de energía al conjunto de uno o más dispositivos de consumo o almacenamiento de energía.

6. El aparato de la reivindicación 5, en donde el conjunto de uno o más dispositivos de consumo de energía incluye los resistores.

7. El aparato de la reivindicación 5, en donde el conjunto de uno o más dispositivos de consumo de energía incluye los condensadores.

8. El aparato de la reivindicación 1, en donde el conjunto de uno o más transistores incluye uno o más conjuntos de transistores, cada conjunto de transistores está configurado para operar como una unidad separada, el aparato que adicionalmente comprende: un interruptor colocado entre la barra colectora de AC y uno de los conjuntos de transistores tal que el conjunto de transistores no sea acoplado directamente a la barra colectora de AC, al interruptor acoplado a la barra colectora de AC, a un dispositivo de carga de AC, y al conjunto de transistores, en donde el interruptor se configura para acoplar alternativamente el conjunto de transistores a la barra colectora de AC o al dispositivo de carga de AC; en donde el conjunto de transistores se configura para realizar la conversión de energía de AC a DC cuando está acoplado a la barra colectora de AC y a la barra colectora de DC y para realizar la conversión de energía de DC a AC cuando está acoplado a la barra colectora de DC y al dispositivo de carga de AC.

9. Un aparato para interconectar una barra colectora de AC y una barra colectora de DC, que comprende: un conjunto de uno o más transistores acoplado a la barra colectora de AC y acoplado a la barra colectora de DC; un conjunto de uno o más SCR acoplado a la barra colectora de AC y acoplado a la barra colectora de DC; y un primer microcontrolador acoplado al conjunto de uno o más transistores configurado para regular la corriente que fluye a través del conjunto de uno o más transistores y regular la corriente que fluye a través del conjunto de uno o más SCR.

10. El aparato de la reivindicación 9, en donde el primer microcontrolador es configurado para regular la corriente a través del conjunto de uno o más SCR regulando el voltaje en la barra colectora de DC.

11. El aparato de la reivindicación 10, en donde el primer microcontrolador además regula la corriente a través del conjunto de uno o más SCR controlando las compuertas de los SCR.

12. El aparato de la reivindicación 11, que adicionalmente comprende: un segundo microcontrolador acoplado a uno o más SCR; en donde el primer microcontrolador regula la corriente a través del conjunto de uno o más SCR señalizando el segundo microcontrolador.

13. El aparato de la reivindicación 9, en donde el microcontrolador se configura para regular la corriente que fluye a través del conjunto de uno o más transistores y a través del conjunto de uno o más SCR tal que sustancialmente toda la energía fluya a través del conjunto de uno o más transistores cuando la carga de energía de la barra colectora de DC está dentro de un primer intervalo de energía.

14. El aparato de la reivindicación 9, en donde el conjunto de uno o más transistores tiene una primera capacidad de energía total y el conjunto de uno o más SCR tiene una segunda capacidad de energía total, donde la primera capacidad de energía total es menor que la segunda capacidad de energía total, y en donde el primer intervalo de energía está entre cero y un nivel que se selecciona, en parte, basado en la primera capacidad de energía total.

15. El aparato de la reivindicación 9, que adicionalmente comprende: un conjunto de uno o más dispositivos de consumo de energía; y un interruptor acoplado a la barra colectora de DC y al conjunto de uno o más dispositivos de consumo de energía, en donde el primer microcontrolador adicionalmente se configura para regular la transferencia de energía al conjunto de uno o más dispositivos de consumo de energía.

16. El aparato de la reivindicación 15, en donde el conjunto de uno o más dispositivos de consumo de energía incluye los resistores.

17. El aparato de la reivindicación 15, en donde el conjunto de uno o más dispositivos de consumo de energía incluye los condensadores.

18. Un método para interconectar una barra colectora de AC acoplada a un conjunto de uno o más generadores con una barra colectora de DC, que comprende: acoplar un conjunto de uno o más transistores que tienen una primera capacidad de energía total a la barra colectora de AC y a la barra colectora de DC; acoplar un conjunto de uno o más SCR que tiene una segunda capacidad de energía total a la barra colectora de AC y a la barra colectora de DC; y regular la corriente que fluye a través del conjunto de uno o más transistores y a través del conjunto de uno o más SCR tal que sustancialmente toda la energía fluya a través del conjunto de uno o más transistores cuando la carga de energía de la barra colectora de DC está dentro de un primer intervalo de energía.

19. El método de la reivindicación 18, en donde la etapa de regulación del flujo de corriente incluye la regulación del voltaje en la barra colectora de DC.

20. El método de la reivindicación 18, que adicionalmente comprende: acoplar, a través de un interruptor, la barra colectora de DC a un conjunto de uno o más dispositivos de consumo o almacenamiento de energía; regular la corriente que fluye a través del conjunto de uno o más dispositivos de consumo o almacenamiento de energía cuando la carga de energía de la barra colectora de DC está por encima de un segundo nivel.

21. Un aparato para la conversión de energía de AC a DC y DC a AC, que comprende: un conjunto de uno o más conjuntos de transistores, cada conjunto de transistores está configurado para operar como una unidad separada acoplada a una barra colectora de AC y a una barra colectora de DC; un interruptor colocado entre la barra colectora de AC y uno de los conjuntos de transistores tal que el conjunto de transistores no sea acoplado directamente a la barra colectora de AC, al interruptor acoplado a la barra colectora de AC, a un dispositivo de carga de AC, y al conjunto de transistores, en donde el interruptor se configura para acoplar alternativamente el conjunto de transistores a la barra colectora de AC o al dispositivo de carga de AC; en donde el conjunto de transistores se configura para realizar la conversión de energía de AC a DC cuando está acoplado a la barra colectora de AC y a la barra colectora de DC y para realizar la conversión de energía de DC a AC cuando está acoplado a la barra colectora de DC y al dispositivo de carga de AC.

22. El aparato de la reivindicación 21, que adicionalmente comprende: un segundo interruptor colocado entre la barra colectora de AC y un segundo conjunto de transistores tal que el segundo conjunto de transistores no sea acoplado directamente a la barra colectora de AC, al interruptor acoplado a la barra colectora de AC, a un dispositivo de carga de AC, y al segundo conjunto de transistores, en donde el interruptor se configura para acoplar alternativamente el segundo conjunto de transistores a la barra colectora de AC o al dispositivo de carga de AC; en donde el segundo conjunto de transistores se configura para realizar la conversión de energía de AC a DC cuando está acoplado a la barra colectora de AC y a la barra colectora de DC y para realizar la conversión de energía de DC a AC cuando está acoplado a la barra colectora de DC y al dispositivo de carga de AC.