WO2014184401A1 - Sistema de alimentación ininterrumpida en potencia cc/ca y método de control - Google Patents

Sistema de alimentación ininterrumpida en potencia cc/ca y método de control Download PDF

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converter
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critical loads
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Julián Balda Belzunegui
Roberto GONZÁLEZ SENOSIÁIN
Luis PÉREZ NICUESA
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Ingeteam Power Technology, S.A.
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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers

Definitions

  • the present invention has its main field of application in the industry for the design of electronic devices and, more particularly, for those conceived within the sector of electronic power converters for photovoltaic solar energy.
  • the object of the invention is to provide a power system for various elements that form the electronic DC / AC power converters (DC - direct current -, AC - alternating current), which guarantees the operation of the converters during normal and normal operating conditions.
  • anomalous operating conditions specially designed for photovoltaic systems connected to the electricity grid, characterized by its robustness, simplicity, safety, flexibility, low cost and low maintenance.
  • the photovoltaic installations of network connection are formed by a set of photovoltaic modules (photovoltaic generator) and an electronic DC / AC power converter, also called an inverter, which conditions the energy produced by the photovoltaic modules and injects it into the electricity grid.
  • photovoltaic modules photovoltaic generator
  • an electronic DC / AC power converter also called an inverter
  • the inverter converts the direct current (DC) energy generated by the photovoltaic modules to alternating current (AC).
  • the inverters are electronic power converters formed by different elements.
  • said elements can be: a power stage (where the conversion of direct current to alternating current is performed), a filtering stage, control devices, sensing elements, power supplies, protections, relays for monitoring, relay or contactor for network connection and fans, among others.
  • a power stage where the conversion of direct current to alternating current is performed
  • a filtering stage control devices, sensing elements, power supplies, protections, relays for monitoring, relay or contactor for network connection and fans, among others.
  • To feed the different elements that make up the converter different options are found in the state of the art. One of them consists in feeding the control devices and sensing elements from a DC / DC power source that takes energy from the photovoltaic generator.
  • the rest of the elements of greater power such as contactors, relays for monitoring, fans, etc., are fed in alternating current (AC)
  • the grid connection regulations of photovoltaic inverters include the need for investors to remain connected to the grid during power failures, guaranteeing continuity of supply and therefore the stability of the system.
  • a lack of voltage causes a lack of power to the elements and, in the case that the powered elements are contactors, the opening of the elements. If in particular it is the network connection contactor, the disconnection of the inverter to the network will be caused, not complying with the provisions of the regulations.
  • the first is to add to the converter uninterruptible power supplies that guarantee continuity of supply.
  • these systems incorporate batteries that make the system and its maintenance more expensive, while being not very robust.
  • the second consists of incorporating capacitor banks, storing energy that will be subsequently used to power the different elements during the course of the network failure.
  • This system must be designed taking into account the maximum time of lack of tension. In the current regulations, according to the different requirements of the countries, these times vary so that the design of a universal solution is difficult. In addition, in this solution the relationship between energy and volume occupied is low, so it is necessary to allocate a large space for the capacitor banks inside the converter.
  • - Critical load one in which its power supply cannot be stopped for the correct functioning of the equipment, either DC or AC, such as controls, sensors and mains connection elements such as contactors.
  • Non-critical load one in which your energy supply may cease.
  • An example of this would be the cooling fans, where the increase in the temperature of the system is not altered during a lack of network. Description of the invention
  • the proposed invention consists of a power system for electronic power converters capable of providing continuous and alternating voltages at its output.
  • the system takes energy from a DC power source, for example, a Photovoltaic generator and an AC power source, for example, the power grid.
  • the proposed invention has different outputs that can be DC and AC, which allows assigning critical or non-critical loads to each of them.
  • the system consists of a DC power source to which two converters, a DC / DC converter and a first DC / AC converter are connected.
  • the DC / DC converter can have several levels of output voltage, for example, +5 V, -5 V, +12 V.
  • the AC outputs can be single-phase and / or three-phase.
  • the system has at least one output for DC loads that is connected to the output of the DC / DC converter.
  • the system has at least two AC outputs:
  • At least one AC output for critical loads that can be connected to the first DC / AC converter or to the AC power source.
  • At least one AC output for non-critical loads that is connected to the AC power source.
  • the system has at least one control unit that selects the power source used for the AC output for critical loads based on the availability of the power sources at the system inputs. In an operating state, the AC output for critical loads is fed from the AC power source. In another operating state, the AC output for critical loads is fed from the DC power source through the first DC / AC converter.
  • a first selector is the one that feeds the AC output for critical loads from the AC power source or from the DC power source through the first DC / AC converter. The first selector is selected among mechanical devices, switches, diodes, etc.
  • the AC output for non-critical loads is fed from the AC power source.
  • the control unit is integrated in the first DC / AC converter and controls the operation of the first selector to select where the AC output is fed for critical loads based on the availability of the power source DC and AC power source. If, for example, the DC power source is a photovoltaic generator, at night it does not supply power and the AC output for critical loads is fed directly from the AC power source (for example, the AC network). While when the photovoltaic generator is capable of supplying power to the AC output for critical loads, it changes the position of the first selector to feed said output through the first DC / AC converter.
  • the behavior of the system is independent of fluctuations in the electricity grid, for example, voltage gaps.
  • a first AC / DC converter is also included that is connected between the AC output for critical loads and the output for DC loads, providing power at the output for DC loads from the AC output for loads critics.
  • a third preferred embodiment similar to the first, instead of a single output for DC loads, at least one DC output for non-critical loads and at least one DC output for critical loads are included. Also included is a second AC / DC converter that connects between the AC power source and the DC output for non-critical loads, and can also provide power to the DC output for critical loads from the AC power source according to the control exercised by the control unit. For this, a second selector is available that allows the DC output to be fed for critical loads from the DC / DC converter or from the second AC / DC converter. The second selector is selected among mechanical devices, switches, diodes, etc.
  • a fourth preferred embodiment similar to the third further comprises a second additional DC / AC converter whose DC side is connected to the output of the DC / DC converter and whose AC side is connected to the AC output for critical loads.
  • Figure 1 It shows a simplified scheme of the system of the proposed invention according to a first preferred embodiment of the invention.
  • Figure 2 Shows a simplified scheme of the system of the proposed invention according to a second preferred embodiment of the invention.
  • Figure 3 It shows a simplified scheme of the system of the proposed invention according to a third preferred embodiment of the invention.
  • Figure 4 Shows a simplified scheme of the system of the proposed invention according to a fourth preferred embodiment of the invention.
  • FIG. 1 represents a preferred embodiment of the proposed invention system.
  • One input to the system is a DC power source (1), which can be for example a photovoltaic panel, and the other input to the system is an AC power source (2), which can be for example the power grid.
  • the DC power source (1) is connected to the input of a DC / DC converter (3).
  • the output for DC loads (6) of said DC / DC converter (3) has the capacity to connect to DC loads (critical and / or non-critical), it is the output for DC loads (6).
  • the system has two AC load outputs, one AC output for critical loads (7) and another AC output for non-critical loads (8).
  • AC output for critical loads (7) it can be connected to a first DC / AC converter (4) or to the AC power source (2) according to the position of a first selector (5), the first DC / AC converter being
  • a control unit (9) manages the operation of the first selector (5) to select the power source (1, 2) used in the AC output for critical loads (7).
  • the operation of this system would be as follows: in normal operation the control unit (9) keeps the first selector (5) in a first position corresponding to the power supply the AC output for critical loads (7) from said DC power source (1) through the first DC / AC converter (4), while in abnormal operation the control unit (9) drives the first selector
  • Normal operation is defined when the DC power source (1) is available, and the first DC / AC converter (4) operates.
  • Abnormal operation is defined when at least one of the conditions that define normal operation is not met.
  • FIG. 2 shows a preferred embodiment of the invention in which the system of fig. 1 a first AC / DC converter (10) connected between the AC output for critical loads (7) and the output for DC loads (6) is added.
  • the control unit (9) keeps the first selector (5) in a first position where the AC output for critical loads (7) is fed through the first DC converter / CA (4).
  • the output for DC loads (6) is fed both through the DC / DC converter (3) and through the first AC / DC converter (10).
  • the first selector (5) switches to a second position where the AC output for critical loads (7) is fed directly from the AC power source (2), and the output for DC loads (6) is fed both through the DC / DC converter (3) and through the first AC / DC converter (10).
  • One of the advantages obtained with the preferred embodiment of fig. 2 is that in case the DC power source (1) is not available, the output for DC loads (6) is fed from the AC power source (2) through the first AC / DC converter (10).
  • the system comprises a second AC / DC converter (12) that connects to the AC power source (2).
  • the output of said second AC / DC converter (12) is connected to the DC output for non-critical loads (14) and, depending on the position of a second selector (13), also to the DC output for critical loads (1 one ).
  • the DC output for critical loads (1 1) can be connected either to the second AC / DC converter (12) or to the DC / DC converter
  • the control unit (9) will be responsible for managing the operation of the second selector (13) for the connection of the DC output for critical loads (1 1) to the second AC / DC converter (12) or to the DC / DC converter (3).
  • the operation of the system can be similar to that described in relation to fig. one .
  • the control unit (9) instructs the first selector and the second selector (5, 13) to adopt a first position corresponding to the supply of the DC output for critical loads (1 1) and the AC output for critical loads (7) from the DC power source (1).
  • the first selector (5) is in a first position corresponding to the connection of the DC power source (1) with the AC output for critical loads (7) through the first DC / AC converter (4) and the Second selector (13) is in a first position corresponding to the connection of the DC power source (1) with the DC output for critical loads (1 1) through the DC / DC converter (3).
  • the control unit (9) instructs the first selector (5) and the second selector (13) to adopt a second position corresponding to the power supply. the DC output for critical loads (1 1) and the AC output for critical loads (7) from said AC power source (2).
  • the first selector (5) goes to a second position corresponding to the direct connection of the AC power source (2) with the AC output for critical loads (7) and the second selector (13) passes to a second position corresponding to the connection of the AC power source (2) with the DC output for critical loads (1 1) through the second AC / DC converter (12).
  • normal operation is defined when the DC power source (1) is available, and the first DC / AC converter (4) and the DC / DC converter (3) work.
  • Abnormal operation is defined when at least one of the conditions that define normal operation is not met.
  • the system depicted in fig. 4 is similar to that described in fig. 3 but also comprises a second DC / AC converter (15) connected between the output of the DC / DC converter (3) and the AC output for critical loads (7).
  • the system of fig. 4 includes a second AC / DC converter (12) that connects between the AC power source (2) and the DC output for non-critical loads (14).
  • the DC output for critical loads (1 1) can be connected either to the DC output of the second AC / DC converter (12) or to the DC output of the DC / DC converter (3).
  • a control unit (9) manages the operation of the second selector (13) so that the DC output for critical loads (1 1) can be fed from said second AC / DC converter (12) or from the DC / DC converter ( 3).
  • control unit is integrated in the first DC / AC converter (4), in the second DC / AC converter (15), in the DC / DC converter (3 ), or in the second AC / DC converter (12).
  • the system of fig. 4 provides redundancy.
  • the DC power source (1) is a photovoltaic generator or an energy storage system, such as batteries, ultracapacities or fuel cells, among others.

Abstract

El objeto de la invención es proporcionar un sistema y un método de alimentación para los diversos elementos que forman los convertidores electrónicos de potencia CC/CA que garantice el funcionamiento de los convertidores durante condiciones de funcionamiento normal y condiciones de funcionamiento anómalo, estando especialmente diseñado para sistemas fotovoltaicos conectados a la red eléctrica y capaz de proporcionar a su salida tensiones de continua y alterna a partir de al menos una fuente de energía CC (1) y al menos una fuente de energía CA (2), que básicamente comprende una salida para cargas CC (6) conectada a la salida de un convertidor CC/CC (3) cuya entrada está conectada a la fuente de energía CC (1), una salida CA para cargas críticas (7) conectada a un primer selector (5) configurado para alternar entre una primera posición donde dicha salida CA para cargas críticas (7) está conectada a la salida de un primer convertidor CC/CA (4) cuya entrada está conectada a la fuente de energía CC (1), y una segunda posición donde dicha salida CA para cargas críticas (7) está conectada a la fuente de energía CA (2), una salida CA para cargas no críticas (8) conectada a la fuente de energía CA (2) y una unidad de control (9) que controla el funcionamiento de dicho primer selector (5).

Description

SISTEMA DE ALIMENTACIÓN ININTERRUMPIDA EN POTENCIA CC/CA Y MÉTODO DE CONTROL
Objeto de la invención
La presente invención tiene su principal campo de aplicación en la industria destinada al diseño de dispositivos electrónicos y, más particularmente, a los concebidos dentro del sector de los convertidores electrónicos de potencia para energía solar fotovoltaica.
El objeto de la invención es proporcionar un sistema de alimentación para diversos elementos que forman los convertidores electrónicos de potencia CC/CA (CC - corriente continua-, CA -corriente alterna), que garantice el funcionamiento de los convertidores durante condiciones de funcionamiento normal y condiciones de funcionamiento anómalo, especialmente diseñada para sistemas fotovoltaicos conectados a la red eléctrica, caracterizado por su robustez, sencillez, seguridad, flexibilidad, bajo coste y bajo mantenimiento.
Antecedentes
Las instalaciones fotovoltaicas de conexión a red están formadas por un conjunto de módulos fotovoltaicos (generador fotovoltaico) y un convertidor electrónico de potencia CC/CA, también denominado inversor, que acondiciona la energía producida por los módulos fotovoltaicos y la inyecta a la red eléctrica.
El inversor convierte la energía de corriente continua (CC) que generan los módulos fotovoltaicos a corriente alterna (CA). Los inversores son convertidores electrónicos de potencia formados por diferentes elementos. De manera general, dichos elementos pueden ser: una etapa de potencia (donde se realiza la conversión de corriente continua a alterna), una etapa de filtrado, dispositivos de control, elementos de sensado, fuentes de alimentación, protecciones, relés para las monitorizaciones, relé o contactor de conexión a red y ventiladores, entre otros. Para alimentar los diferentes elementos que forman el convertidor, en el estado de la técnica se encuentran diferentes opciones. Una de ellas consiste en alimentar los dispositivos de control y elementos de sensado desde una fuente de alimentación CC/CC que coge energía del generador fotovoltaico. El resto de elementos de mayor potencia, como pueden ser los contactores, relés para la monitorización, ventiladores, etc., se alimentan en corriente alterna (CA) desde la red de suministro, ya que generalmente están diseñados para su alimentación alterna.
Las regulaciones de conexión a red de inversores fotovoltaicos, incluyen la necesidad de que los inversores permanezcan conectados a la red durante faltas de tensión, garantizando la continuidad de suministro y por tanto la estabilidad del sistema.
En inversores con sistemas de alimentación desde la red de alterna una falta de tensión provoca una falta de alimentación de los elementos y, en el caso de que los elementos alimentados sean contactores, la apertura de los mismos. Si en concreto se trata del contactor de conexión a red, se provocará la desconexión del inversor a la red, no cumpliendo lo establecido en las regulaciones.
Para solucionar este problema en el estado de la técnica se encuentran diferentes soluciones.
La primera de ellas consiste en añadir al convertidor sistemas de alimentación ininterrumpida que garanticen la continuidad de suministro. Sin embargo, dichos sistemas incorporan baterías que encarecen el sistema y su mantenimiento, siendo al mismo tiempo poco robusto.
La segunda consiste en incorporar baterías de condensadores, almacenando energía que será posteriormente utilizada para alimentar los distintos elementos durante el transcurso de la falta de la red. El principal inconveniente es que este sistema se debe diseñar teniendo en cuenta el tiempo máximo de la falta de tensión. En las actuales regulaciones, según los diferentes requerimientos de los países, estos tiempos varían por lo que el diseño de una solución universal es difícil. Además, en esta solución la relación entre energía y volumen ocupado es baja, por lo que es necesario destinar un gran espacio para las baterías de condensadores dentro del convertidor.
Otra opción consiste en sustituir los contactores por seccionadores motorizados. Estos elementos conmutan su estado de abierto a cerrado y viceversa cuando se le aplica una señal al motor que los gobierna. En el caso de que la alimentación auxiliar falte de forma permanente y sea necesario cambiar de estado, no será posible y no se cumplirían los requerimientos de las regulaciones que obligan a la desconexión ante una falta de tensión o pérdida de la red de suministro. Por último, en la bibliografía también se puede encontrar sistemas que se alimentan en su totalidad desde el lado de continua, es decir, desde el generador fotovoltaico. Esto implica, por un lado, una etapa de conversión CC/CC de mediana potencia, disminuyendo la eficiencia del sistema y aumentado el coste final del convertidor. La presente invención presenta un sistema de alimentación que proporciona salidas diferenciadas para diferentes tipos de cargas:
- Carga crítica: aquella en la que no se puede cesar su suministro de energía para un correcto funcionamiento del equipo, ya sea CC ó CA, como por ejemplo los controles, captadores y elementos de conexión a red como contactores.
- Carga no crítica: aquella en la que puede cesar su suministro de energía. Se trata de elementos que pueden desconectarse temporalmente, como por ejemplo, durante una falta de red, debido a que su ausencia durante un tiempo pequeño no tiene repercusión sobre el correcto funcionamiento del sistema. Un ejemplo de ello serían los ventiladores de refrigeración, donde el incremento de la temperatura del sistema no se ve alterado durante una falta de red. Descripción de la invención
La invención propuesta consiste en un sistema de alimentación para convertidores electrónicos de potencia capaz de proporcionar a su salida tensiones de continua y alterna. El sistema toma la energía de una fuente de energía CC, por ejemplo, un generador fotovoltaico y una fuente de energía CA, por ejemplo, la red eléctrica. La invención propuesta, tiene diferentes salidas que pueden ser de CC y CA, lo que permite asignar cargas críticas o no críticas a cada una de ellas.
El sistema está formado por una fuente de energía CC a la cual se conectan dos convertidores, un convertidor CC/CC y un primer convertidor CC/CA.
El convertidor CC/CC puede presentar varios niveles de tensión de salida, por ejemplo, +5 V, -5 V, +12 V.
Las salidas CA pueden ser monofásicas y/o trifásicas.
El sistema presenta al menos una salida para cargas CC que es conectada a la salida del convertidor CC/CC.
El sistema presenta al menos dos salidas CA:
- Al menos una salida CA para cargas críticas que puede ser conectada al primer convertidor CC/CA o a la fuente de energía CA.
- Al menos una salida CA para cargas no críticas que está conectada a la fuente de energía CA.
El sistema presenta al menos una unidad de control que selecciona la fuente de energía utilizada para la salida CA para cargas críticas en función de la disponibilidad de las fuentes de energía en las entradas del sistema. En un estado de funcionamiento, la salida CA para cargas críticas es alimentada desde la fuente de energía CA. En otro estado de funcionamiento, la salida CA para cargas críticas es alimentada desde la fuente de energía CC a través del primer convertidor CC/CA. Un primer selector es el que alimenta la salida CA para cargas críticas desde la fuente de energía CA o desde la fuente de energía CC a través del primer convertidor CC/CA. El primer selector se selecciona entre dispositivos mecánicos, conmutadores, diodos, etc.
La salida CA para cargas no críticas se alimenta desde la fuente de energía CA. En una realización preferida de la invención, la unidad de control está integrada en el primer convertidor CC/CA y controla el funcionamiento del primer selector para seleccionar de dónde se alimenta la salida CA para cargas críticas en función de la disponibilidad de la fuente de energía CC y de la fuente de energía CA. Si, por ejemplo, la fuente de energía CC es un generador fotovoltaico, por la noche no suministra energía y la salida CA para cargas críticas se alimenta directamente de la fuente de energía CA (por ejemplo, la red de CA). Mientras que cuando el generador fotovoltaico es capaz de suministrar energía a la salida CA para cargas críticas, cambia la posición del primer selector para alimentar dicha salida a través del primer convertidor CC/CA. Una de las ventajas de este sistema es que el comportamiento del sistema es independiente de las fluctuaciones de la red eléctrica, por ejemplo, huecos de tensión.
En una segunda realización preferida similar a la primera, se incluye además un primer convertidor CA/CC que se conecta entre la salida CA para cargas críticas y la salida para cargas CC, proporcionando energía en la salida para cargas CC desde la salida CA para cargas críticas.
En una tercera realización preferida similar a la primera, en lugar de una única salida para cargas CC se incluye al menos una salida CC para cargas no críticas y al menos una salida CC para cargas críticas. También se incluye un segundo convertidor CA/CC que se conecta entre la fuente de energía CA y la salida CC para cargas no críticas, pudiendo proporcionar energía también a la salida CC para cargas críticas desde la fuente de energía CA según el control que ejerce la unidad de control. Para ello, se dispone de un segundo selector que permite alimentar la salida CC para cargas críticas desde el convertidor CC/CC o desde el segundo convertidor CA/CC. El segundo selector se selecciona entre dispositivos mecánicos, conmutadores, diodos, etc.
Una cuarta realización preferida similar a la tercera además comprende un segundo convertidor CC/CA adicional cuyo lado CC está conectado a la salida del convertidor CC/CC y cuyo lado CA está conectado en la salida CA para cargas críticas. Se consigue así un sistema robusto, que permite reducir el coste, mejorar el rendimiento y aumentar la flexibilidad del sistema, gracias a su sencilla instalación, frente a otras propuestas. Con este sistema, es posible utilizar contactores y elementos de control y monitorización en CC actualmente muy extendidos en el mercado.
Descripción de las figuras
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente: Figura 1 . Muestra un esquema simplificado del sistema de la invención propuesta conforme a una primera realización preferida de la invención.
Figura 2. Muestra un esquema simplificado del sistema de la invención propuesta conforme a una segunda realización preferida de la invención.
Figura 3. Muestra un esquema simplificado del sistema de la invención propuesta conforme a una tercera realización preferida de la invención.
Figura 4. Muestra un esquema simplificado del sistema de la invención propuesta conforme a una cuarta realización preferida de la invención.
Realización preferida de la invención
En la fig. 1 se representa una realización preferida del sistema de la invención propuesta. Una entrada al sistema es una fuente de energía CC (1 ), que puede ser por ejemplo un panel fotovoltaico, y la otra entrada del sistema es una fuente de energía CA (2), que puede ser por ejemplo la red eléctrica. La fuente de energía de CC (1 ) es conectada a la entrada de un convertidor CC/CC (3). La salida para cargas CC (6) de dicho convertidor CC/CC (3) tiene capacidad para conectarse a cargas CC (críticas y/o no críticas), se trata de la salida para cargas CC (6). El sistema cuenta con dos salidas de cargas CA, una salida CA para cargas críticas (7) y otra salida CA para cargas no críticas (8). La salida CA para cargas críticas (7) puede ser conectada a un primer convertidor CC/CA (4) o a la fuente de energía CA (2) según la posición de un primer selector (5), estando el primer convertidor CC/CA
(4) conectado a su vez a la fuente de energía CC (1 ). La salida CA para cargas no críticas (8) se conecta a la fuente de energía CA (2). Una unidad de control (9) gestiona el funcionamiento del primer selector (5) para seleccionar la fuente de energía (1 , 2) utilizada en la salida CA para cargas críticas (7).
Así, si la fuente de energía CC (1 ) comprende paneles fotovoltaicos, el funcionamiento de este sistema sería el siguiente: en funcionamiento normal la unidad de control (9) mantiene el primer selector (5) en una primera posición correspondiente a la alimentación de la salida CA para cargas críticas (7) desde dicha fuente de energía CC (1 ) a través del primer convertidor CC/CA (4), mientras que en funcionamiento anómalo la unidad de control (9) acciona el primer selector
(5) para pasar a una segunda posición correspondiente a la alimentación de la salida CA para cargas críticas (7) directamente desde la fuente de energía CA (2).
Se define funcionamiento normal cuando la fuente de energía CC (1 ) está disponible, y el primer convertidor CC/CA (4) funciona. Se define funcionamiento anómalo cuando no se cumple al menos una de las condiciones que definen el funcionamiento normal.
En la fig. 2 se representa una realización preferida de la invención en la que al sistema de la fig. 1 se añade un primer convertidor CA/CC (10) conectado entre la salida CA para cargas críticas (7) y la salida para cargas CC (6). Así, de un modo similar al descrito anteriormente, en funcionamiento normal la unidad de control (9) mantiene el primer selector (5) en una primera posición en que la salida CA para cargas críticas (7) es alimentada a través del primer convertidor CC/CA (4). La salida para cargas CC (6) es alimentada tanto a través del convertidor CC/CC (3) como a través del primer convertidor CA/CC (10). Durante funcionamiento anómalo, el primer selector (5) conmuta a una segunda posición donde se alimenta la salida CA para cargas críticas (7) directamente desde la fuente de energía CA (2), y la salida para cargas CC (6) es alimentada tanto a través del convertidor CC/CC (3) como a través del primer convertidor CA/CC (10). Una de las ventajas que se obtienen con la realización preferida de la fig. 2 es que en caso de que no esté disponible la fuente de energía CC (1 ), la salida para cargas CC (6) es alimentada desde la fuente de energía CA (2) a través del primer convertidor CA/CC (10).
Otra opción que permite alimentar la salida para cargas CC (6) desde la fuente de energía CA (2) corresponde a una realización preferida de la invención representada en la fig. 3 que comprende al menos una salida CC para cargas críticas (1 1 ) y una salida CC para cargas no críticas (14). En este caso, además de los elementos representados en la fig. 1 , el sistema comprende un segundo convertidor CA/CC (12) que se conecta a la fuente de energía CA (2). La salida de dicho segundo convertidor CA/CC (12) está conectada a la salida CC para cargas no críticas (14) y, en función de la posición de un segundo selector (13), también a la salida CC para cargas críticas (1 1 ). La salida CC para cargas críticas (1 1 ) puede conectarse o bien al segundo convertidor CA/CC (12) o bien al convertidor CC/CC
(3). La unidad de control (9) será la encargada de gestionar el funcionamiento del segundo selector (13) para la conexión de la salida CC para cargas críticas (1 1 ) al segundo convertidor CA/CC (12) o bien al convertidor CC/CC (3). De este modo, el funcionamiento del sistema puede ser similar al descrito con relación a la fig. 1 . En funcionamiento normal, la unidad de control (9) ordena al primer selector y al segundo selector (5, 13) que adopten una primera posición correspondiente a la alimentación de la salida CC para cargas críticas (1 1 ) y de la salida CA para cargas críticas (7) desde la fuente de energía CC (1 ). Es decir, el primer selector (5) está en una primera posición correspondiente a la conexión de la fuente de energía CC (1 ) con la salida CA para cargas críticas (7) a través del primer convertidor CC/CA (4) y el segundo selector (13) está en una primera posición correspondiente a la conexión de la fuente de energía CC (1 ) con la salida CC para cargas críticas (1 1 ) a través del convertidor CC/CC (3). En caso de funcionamiento anómalo (por ejemplo, no está disponible la fuente de energía CC) , la unidad de control (9) ordena al primer selector (5) y al segundo selector (13) que adopten una segunda posición correspondiente a la alimentación de la salida CC para cargas críticas (1 1 ) y de la salida CA para cargas críticas (7) desde dicha fuente de energía CA (2). Es decir, el primer selector (5) pasa a una segunda posición correspondiente a la conexión directa de la fuente de energía CA (2) con la salida CA para cargas críticas (7) y el segundo selector (13) pasa a una segunda posición correspondiente a la conexión de la fuente de energía CA (2) con la salida CC para cargas críticas (1 1 ) a través del segundo convertidor CA/CC (12).
En este caso, se define funcionamiento normal cuando la fuente de energía CC (1 ) está disponible, y el primer convertidor CC/CA (4) y el convertidor CC/CC (3) funcionan. Se define funcionamiento anómalo cuando no se cumple al menos una de las condiciones que definen el funcionamiento normal.
El sistema representado en la fig. 4 es similar al descrito en la fig. 3 pero además comprende un segundo convertidor CC/CA (15) conectado entre la salida del convertidor CC/CC (3) y la salida CA para cargas críticas (7). Además, al igual que el sistema descrito en la fig. 3, el sistema de la fig. 4 incluye un segundo convertidor CA/CC (12) que se conecta entre la fuente de energía CA (2) y la salida CC para cargas no críticas (14). Además, la salida CC para cargas críticas (1 1 ) puede conectarse o bien a la salida CC del segundo convertidor CA/CC (12) o bien a la salida CC del convertidor CC/CC (3). Una unidad de control (9) gestiona el funcionamiento del segundo selector (13) de modo que la salida CC para cargas críticas (1 1 ) puede ser alimentada desde dicho segundo convertidor CA/CC (12) o desde el convertidor CC/CC (3).
Preferentemente, en cualquiera de las configuraciones descritas en este documento se contempla que la unidad de control esté integrada en el primer convertidor CC/CA (4), en el segundo convertidor CC/CA (15), en el convertidor CC/CC (3), o en el segundo convertidor CA/CC (12).
Con respecto al sistema representado en la fig. 3, el sistema de la fig. 4 proporciona redundancia. Por ejemplo, en caso de fallo de la fuente de energía CC (1 ) y del segundo convertidor CA/CC (12), la salida de CC para cargas críticas (1 1 ) es alimentada desde la fuente de energía CA (2) a través del segundo convertidor CC/CA (15). El sistema propuesto en la presente invención incluye, en una realización preferida, que la fuente de energía CC (1 ) es un generador fotovoltaico o un sistema de almacenamiento de energía, tal como baterías, ultracapacidades o pilas de combustible, entre otros.

Claims

REIVINDICACIONES
Sistema de alimentación para convertidores electrónicos capaz de proporcionar a su salida tensiones de continua y alterna a partir de al menos una fuente de energía CC (1 ) y al menos una fuente de energía CA (2), caracterizado porque comprende:
- una salida para cargas CC (6) conectada a la salida de un convertidor CC/CC (3) cuya entrada está conectada a la fuente de energía CC (1 ),
- una salida CA para cargas críticas (7) conectada a un primer selector (5) configurado para alternar entre una primera posición donde dicha salida CA para cargas críticas (7) está conectada a la salida de un primer convertidor CC/CA (4) cuya entrada está conectada a la fuente de energía CC (1 ), y una segunda posición donde dicha salida CA para cargas críticas (7) está conectada a la fuente de energía CA (2),
- una salida CA para cargas no críticas (8) conectada a la fuente de energía CA
(2), y
- una unidad de control (9) que controla el funcionamiento de dicho primer selector (5).
Sistema de alimentación para convertidores electrónicos según reivindicación 1 , que además comprende un primer convertidor CA/CC (10) cuya entrada está conectada a la salida CA para cargas críticas (7) y cuya salida está conectada a la salida para cargas CC (6).
Sistema de alimentación para convertidores electrónicos según reivindicación 1 , que además comprende,
- una salida CC para cargas críticas (1 1 ) conectada a un segundo selector (13) configurado para alternar entre una primera posición donde dicha salida CC para cargas críticas (1 1 ) está conectada a la salida del convertidor CC/CC
(3) cuya entrada está conectada a la fuente de energía CC (1 ), y una segunda posición donde dicha salida CC para cargas críticas (1 1 ) está conectada a la salida de un segundo convertidor CA/CC (12) cuya entrada está conectada a la fuente de energía CA (2), - una salida CC para cargas no críticas (14) conectada a la salida del segundo convertidor CA/CC (12), y
- donde la unidad de control (9) controla además el funcionamiento de dicho segundo selector (13).
4. Sistema de alimentación para convertidores electrónicos según reivindicación 3, que además comprende un segundo convertidor CC/CA (15) cuyo lado CC está conectado a la salida del convertidor CC/CC (3) y cuyo lado CA está conectado a la salida CA para cargas críticas (7).
5. Sistema de alimentación para convertidores electrónicos según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la unidad de control (9) está integrada en el primer convertidor CC/CA (4), en el segundo convertidor CC/CA (15), en el convertidor CC/CC (3), o en el segundo convertidor CA/CC (12).
6. Sistema de alimentación para convertidores electrónicos según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la fuente de energía CC (1 ) es un generador fotovoltaico o un sistema de almacenamiento.
7. Sistema de alimentación para convertidores electrónicos según la reivindicación 6, donde el sistema de almacenamiento se selecciona entre baterías, ultracapacidades, y pilas de combustible.
8. Sistema de alimentación para convertidores electrónicos según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la fuente de energía CA (2) es la red eléctrica.
9. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque comprende los siguientes pasos:
- en condiciones de funcionamiento normal, la unidad de control (9) mantiene el primer selector (5) en una primera posición correspondiente a la alimentación de la salida CA para cargas críticas (7) desde la fuente de energía CC (1 ) a través del primer convertidor CC/CA (4); y - en condiciones de funcionamiento anómalo, la unidad de control (9) acciona el primer selector (5) para pasar a una segunda posición correspondiente a la alimentación de la salida CA para cargas críticas (7) directamente desde la fuente de energía CA (2).
10. Método según cualquiera de las reivindicaciones 3 o 4, caracterizado porque comprende los siguientes pasos:
- en condiciones de funcionamiento normal, la unidad de control (9) mantiene el primer selector (5) en una primera posición correspondiente a la alimentación de la salida CA para cargas críticas (7) desde la fuente de energía CC (1 ) a través del primer convertidor CC/CA (4), y el segundo selector (13) en una primera posición correspondiente a la conexión de la fuente de energía CC (1 ) con la salida CC para cargas críticas (1 1 ) a través del convertidor CC/CC (3); y
- en condiciones anómalas de funcionamiento, la unidad de control (9) acciona el primer selector (5) para pasar a una segunda posición correspondiente a la alimentación de la salida CA para cargas críticas (7) directamente desde la fuente de energía CA (2), y el segundo selector (13) para pasar a una segunda posición correspondiente a la alimentación de la salida CC para cargas críticas
(1 1 ) desde la fuente de energía CA (2) a través del segundo convertidor CA/CC
(12) .
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