MEJORAS EN ? EN RELACIÓN A UN APARATO DE CONTROL PARA SISTEMAS DE ALIMENTACIÓN DE ENERGÍA ELECTRICA
Campo de la invención La presente invención se relaciona a un aparato de control para sistemas dé alimentación de energía eléctrica, a sistemas de alimentación de energía eléctrica que comprenden tal aparato de control y a métodos de operación del mismo. Antecedentes de la Invención Muchos sistemas de alimentación de energía eléctrica tienen fluctuaciones no deseadas en sus respectivas líneas de voltaje. Por ejemplo, en una fuente de alimentación a un ferrocarril subterráneo (metro) , o una fuente de alimentación a partir de una aeroturbina existen fluctuaciones no deseadas. Se requiere, en el primer caso, y alimentación, en el segundo variación. Tal variación de la línea de voltaje puede causar comportamiento de menor calidad e incertidumbre para los alimentadores de energía. Es un objetivo de las modalidades preferidas de la presente invención superar o evitar un problema de la técnica previa, ya sea referido en la misma o de otro tipo. Sumario de la Invención De acuerdo a la presente invención en un primer aspecto, se proporciona un aparato de control para un REF: 155531 sistema de alimentación de energía eléctrica operable en una línea de voltaje de fluctuación, el sistema además comprende un dispositivo de almacenamiento de energía, y el aparato de control además comprende un monitor de línea de voltaje y un controlador del dispositivo de almacenamiento de energía, en donde el aparato de control está configurado por donde el dispositivo de almacenamiento de energía es por lo menos parcialmente descargado si la línea de voltaje cae abajo de un primer voltaje predeterminado y el dispositivo de almacenamiento de energía es por lo menos cargado parcialmente si la línea de voltaje excede un segundo voltaje predeterminado y en el cual el primer voltaje predeterminado es sustancialmente inferior que el segundo voltaje predeterminado. Adecuadamente, en la región de voltaje entre el primer y segundo voltajes predeterminados, el dispositivo de almacenamiento de energía es accionado a una fijación de carga predeterminada entre una fijación de carga máxima y una fijación de carga mínima. Adecuadamente, el primer y segundo voltajes son determinados en relación a una línea de voltaje medía. Adecuadamente, la línea de voltaje media es determinada por un tiempo promedio sobre un intervalo de tiempo de oscilación predefinida. Adecuadamente, una carga inactiva es definida con una ventana inactiva positiva sobre la carga inactiva y una ventana inactiva abajo de la carga inactiva, por lo cual en una región entre el primer voltaje predeterminado y el segundo voltaje predeterminado el dispositivo de almacenamiento de energía ni es cargado ni descargado mientras la carga disminuye hasta que las cargas alcanzan la ventana inactiva negativa es cuando carga a una carga entre la ventana inactiva positiva y la ventana inactiva negativa, preferentemente la carga inactiva, y entonces ni carga ni descarga hasta que la ventana inactiva negativa es alcanzada. En el caso de un dispositivo de almacenamiento de energía de volante de inercia, descenderá en esta región . Adecuadamente, un tercer voltaje abajo del primer voltaje predeterminado define una región de descarga reducida entre el primer voltaje predeterminado y el tercer voltaje, en la cual el dispositivo de almacenamiento de energía es descargado en una velocidad más baja que en una región de descarga en la cual la línea de voltaje es más baja que el tercer voltaje. Adecuadamente, un cuarto voltaje arriba del segundo voltaje predeterminado define una región de descarga reducida entre el segundo voltaje predeterminado y el cuarto voltaje, en la cual el dispositivo de almacenamiento de energía es cargado a una velocidad más baja que en una región de carga en la cual la línea de voltaje es superior que el cuarto voltaje. Adecuadamente, una carga máxima del dispositivo de almacenamiento de energía es definida y una ventana inactiva de carga máxima es definida abajo de y en relación a la misma, y el aparato es configurado por lo cual si la linea de voltaje está arriba del segundo voltaje predeterminado, ante el dispositivo de almacenamiento de energía que alcanza la carga máxima ni es cargado ni descargado hasta que la carga del dispositivo de almacenamiento de energía cae a la ventana inactiva de carga máxima etapa en la cual el dispositivo de almacenamiento de energía es cargado. Adecuadamente, una carga mínima del dispositivo de almacenamiento de energía es definida y el aparato es configurado por lo que ante el dispositivo de almacenamiento de energía que alcanza la carga mínima del dispositivo de almacenamiento de energía ni es cargado ni descargado hasta que la linea de voltaje se eleva arriba del primer voltaje predeterminado. Adecuadamente, el dispositivo de almacenamiento de energía es un volante de inercia. En este caso la carga del volante de inercia está representada por la velocidad del mismo. De acuerdo a la presente invención en un segundo aspecto, se proporciona un sistema de alimentación de energía eléctrica que comprende un aparato de control de acuerdo al primer aspecto de la invención. Adecuadamente, el sistema de alimentación de energía eléctrica es para un sistema de transporte, preferentemente un sistema de transporte de rieles. De acuerdo a la presente invención en un tercer aspecto, se proporciona un método para controlar un sistema de alimentación de energía eléctrica que opera en una línea de voltaje de fluctuación, el sistema además comprende un dispositivo de almacenamiento de energía, y el aparato de control además comprende un monitor de línea de voltaje y un controlador del dispositivo de almacenamiento de energía, donde el dispositivo de almacenamiento de energía es por lo menos parcialmente descargado si la línea de voltaje cae abajo de un primer voltaje predeterminado y el dispositivo de almacenamiento de energía es por lo menos parcialmente cargado si la línea de voltaje excede un segundo voltaje predeterminado y en el cual el primer voltaje predeterminado es substancialmente inferior que el segundo voltaje predeterminado. Adecuadamente, en la región de voltaje entre el primer y segundo voltajes predeterminados, el dispositivo de almacenamiento de energía es accionado a una fijación de carga predeterminada entre una fijación de carga máxima y una fijación de carga mínima. Adecuadamente, el primer y segundo voltajes predeterminados son determinados en relación a una línea de voltaje media. Adecuadamente, la línea de voltaje media es determinada por un tiempo promedio sobre un intervalo de tiempo de oscilación predeterminada. Adecuadamente, una carga inactiva es definida con una ventana inactiva positiva arriba de la carga inactiva y una ventana inactiva negativa abajo de la carga inactiva, por lo cual en una región entre el primer voltaje predeterminado y el segundo voltaje predeterminado el dispositivo de almacenamiento de energía ni es cargado ni descargado mientras la carga disminuye hasta que la carga alcanza la ventana inactiva negativa cuando éste carga a una carga entre la ventana inactiva positiva y la ventana inactiva negativa, preferentemente la carga inactiva, y entonces ni carga ni descarga hasta que la ventana inactiva negativa es alcanzada. En el caso de un dispositivo de almacenamiento de energía de volante de inercia, descenderá en esta región. Adecuadamente, un tercer voltaje abajo del primer voltaje predeterminado define una región de descarga reducida entre el primer voltaje predeterminado y el tercer voltaje, en el cual el dispositivo de almacenamiento de energía es descargado a una velocidad más baja que en una región de descarga en la cual la linea de voltaje es más baja que el tercer voltaje. Adecuadamente, un cuarto voltaje arriba del segundo voltaje predeterminado define una región de descarga reducida entre el segundo voltaje y el cuarto voltaje, en el cual el dispositivo de almacenamiento de energía es cargado a una velocidad más baja que en una región de carga en la cual la linea de voltaje es superior que el cuarto voltaje. Adecuadamente, una carga máxima del dispositivo de almacenamiento de energía es definida y una ventana inactiva de carga máxima es definida abajo de y en relación a la misma, y el aparato es configurado por lo que si la línea de voltaje esta arriba del segundo voltaje predeterminado, ante el dispositivo de almacenamiento de energía que alcanza carga máxima ni es cargado ni descargado hasta que la carga del dispositivo de almacenamiento de energía cae a la ventana inactiva de carga máxima etapa en la cual el dispositivo de almacenamiento de energía es cargado. Adecuadamente, una carga mínima del dispositivo de almacenamiento de energía es definida y el aparato es configurado por lo que ante el dispositivo de almacenamiento de energía que alcanza la carga mínima del dispositivo de almacenamiento de energía el dispositivo de almacenamiento de energía ni es cargado ni descargado hasta que la línea de voltaje se eleva arriba del primer voltaje predeterminado . Adecuadamente, el dispositivo de almacenamiento de energía es un volante de inercia. En este caso la carga del volante de inercia es representada por la velocidad del mismo . Breve descripción de las Figuras La presente invención será descrita, para forma de ejemplo solamente, con referencia a las figuras que siguen,- en los cuales : La Figura 1 es una ilustración esquemática de un sistema de alimentación de energía eléctrica de acuerdo a una modalidad de la presente invención. La Figura 2 es un perfil de la potencia de control que ilustra la operación de la presente invención. La Figura 3 es una gráfica que ilustra la línea de voltaje en una región de descarga. La Figura 4 es una gráfica que ilustra la línea de voltaje en una región de carga. La Figura 5 es una gráfica que ilustra la línea de voltaje en una primera región de recuperación. La Figura 6 es una gráfica que ilustra la línea de voltaje en una segunda región de recuperación. La Figura 7 es una gráfica que ilustra el comportamiento del volante de inercia previsto. Descripción de las modalidades preferidas En relación a la Figura 1 de las figuras que siguen, se muestra un sistema de alimentación de energía eléctrica 2 que comprende una fuente de alimentación de GD 4 conectada por una linea de fuente de alimentación 6 a una pluralidad de consumidores de energía eléctrica 8A-8D. En la línea de alimentación de energía eléctrica 6 está un dispositivo de almacenamiento de energía de volante de inercia 10. También en el sistema está un controlador del volante de inercia 12, el cual también sirve a la función de monitoreo de la velocidad del volante de inercia (medido en ciclos por segundo Hz) y una monitor de línea de voltaje 14. La alimentación de energía eléctrica 4 puede ser cualquier alimentación de energía eléctrica, tal como una turbina (que incluye una aeroturbina y microturbina) o rejilla. Los consumidores de energía eléctrica 8A-8D pueden ser de cualquier naturaleza aunque la modalidad de la presente invención está propuesta para sistemas de alimentación de energía eléctrica en los cuales la línea de voltaje fluctúa generalmente por lo tanto los consumidores de energía eléctrica no son constantes. Consumidores de energía eléctrica típicos para los cuales la presente invención es aplicable son unidades de tranvía, ferrocarril o ferrocarril subterráneo (metro) en las cuales hay una variación de carga substancial en cuanto aceleran o desacelera . El volante de inercia 10 es un ejemplo preferido de un dispositivo de almacenamiento de energía adecuado por la presente invención. Un volante de inercia preferido 10 es un volante de inercia compuesto magnético tal como aquel descrito en la solicitud W097/13313, el contenido de la cual está incorporado en la presente para referencia. Existen rotores en base a compuestos cargados magnéticamente por almacenamiento de energía. La carga del volante de inercia es proporcional al cuadrado de su velocidad. El controlador de volante de inercia 12 controla sí el volante de inercia está en uno de los siete modos: A) descarga total, B) descarga reducida, C) descarga de recuperación, D) descenso, E) carga de recuperación, F) descarga reducida y G) carga total dependiente de la línea de voltaje y velocidad corriente del volante de inercia 10. En esta modalidad el controlador del volante de inercia 12 actúa como aparato de control para el sistema de alimentación de energía eléctrica 2. Los volantes de inercia 10 de acuerdo a las modalidades preferidas de la presente invención tienen un margen de velocidad de operación entre una velocidad base de 500 Hz a una velocidad superior de 600 Hz . Cuando en el modo de descarga el volante de inercia puede solamente accionarse en forma descendente a la velocidad base cuando los electrónicos asociados (por ejemplo, el controlador del volante de inercia 12) son deshabilitados. Cuando está en el modo de carga, el volante de inercia se acciona a la velocidad superior antes que deshabilite los electrónicos asociados . El monitor de línea de voltaje 14 lee la línea de voltaje cada 0.5 milisegundos , e incluye un software de filtro con un tiempo constante prefijado, típicamente 2.5 milisegundos para estabilizar el sistema y prevenir que responda innecesariamente a fluctuaciones transitorias rápidas . El sistema de control es operado por un programa de computadora que opera en un sistema de computadora (no mostrado) . En relación a la Figura 2, la línea de voltaje media Vm es una línea de voltaje de tiempo promedio sobre un intervalo de tiempo de oscilación predefinida, tal como unas cuantas décimas de segundo a varios minutos para ajustar cambios de termino medio en la línea de voltaje media, por ejemplo durante los tiempos pico/fuera de pico. En la Figura 2, el eje X representa la línea de voltaje en voltios y el eje Y representa el perfil de energía eléctrica (velocidad de carga/descarga del volante de inercia 10) . En la Figura 2 hay una región de descarga 16, una región de recuperación 18 y una región de carga 20. En este ejemplo la línea de voltaje mínima es de 450 V y la línea de voltaje máxima es de 800 V. En la región de descarga 16, hay una región de descarga reducida 22. En la región de carga 20, hay una región de carga reducida 24. Aparte de las líneas de voltaje máximo y mínimo, las fijaciones de voltaje eson compensadas en relación a la línea de voltaje media Vm. La región de descarga 16 es una región de Vm-Vc al voltaje mínimo. La región de recuperación 18 es de Vm-Vc a Vm a Vf. La región de carga 20 es de Vm+Vf al voltaje máximo. La región de descarga reducida 22 es de Vm-Vc a Vm-Vb. La región de carga reducida 24 está desde Vm+Vf a Vm+Vg . Vf no necesita ser la misma como Vc. Vt, no necesita ser la misma como Vg. Se apreciará que la presente invención puede ser aplicable a una pluralidad de volantes de inercia 10, u otros dispositivos de almacenamiento de energía que operan en serie o paralelo. Con relación a las Figuras 2-7, la operación de la presente invención será ahora descrita con más detalle. El monitor de línea de voltaje 14 monitorea la línea de voltaje de la línea 6 y comunica ésta al controlador del volante de inercia 12. En base a la información de voltaje, el controlador de volante de inercia 12 controla el volante de inercia como sigue. Si la línea de voltaje está en la región de descarga 16, entonces si el volante de inercia 10 está arriba de su velocidad base (500 Hz) , el volante de inercia 10 descarga energía eléctrica a la línea 6 a una velocidad de descarga reducida (modo B) en la región de descarga reducida 22 y a la velocidad de descarga total (modo A) en el resto de la región de descarga 16, hasta que el volante de inercia 10 alcanza la velocidad base (500 Hz) punto en el cual se inhibe el accionamiento del volante de inercia y el volante de inercia 10 entra al modo de descenso (D) . El volante de inercia 10 permanece en descenso hasta que la linea de voltaje deja la región de descarga 16. El perfil es representado en la Figura 3, como en las Figuras 4-7, el eje X representa el tiempo y el eje Y representa la velocidad del volante de inercia. Inversamente, cuando la línea de voltaje es detectada por el monitor de línea de voltaje 14 por haber entrado a la región de carga 20, entonces asumiendo que el volante de inercia 10 está abajo de la velocidad superior, el volante de inercia 10 inicia el cargado a una velocidad de carga reducida (modo F) en la región de carga reducida 24 y a la velocidad de carga total (modo G) en el resto de la región de carga 20. En cuanto el volante de inercia 10 es cargado, incrementa su velocidad, en incremento de tiempo para energía eléctrica total, es decir velocidad superior. Una vez que el volante de inercia alcanza su velocidad de energía eléctrica total, velocidad superior, se inhibe el accionamiento del volante de inercia y el volante de inercia desciende en una ventana inactiva 26 (Figura 4), 5 Hz abajo de la velocidad superior. Fuera de la ventana inactiva, el accionamiento del volante de inercia es rehabilitado. La velocidad del volante de inercia continuará para seguir el patrón de descenso/carga hasta que la línea de voltaje deja la región de carga 20. Esto se muestra en la Figura 4 de los figuras que siguen. En el caso en el cual la línea de voltaje está en la región de recuperación 18, ya sea arriba o abajo de la linea de voltaje media Vm, el controlador del volante de inercia controla el volante de inercia 10 para accionar la velocidad del volante de inercia a la posición media, a una velocidad inactiva de 570 Hz . La manera en la cual el volante de inercia 10 es accionado a la posición media, la velocidad inactiva difiere dependiendo de cual dirección del volante de inercia 10 está próxima a la velocidad inactiva. Si la velocidad del volante de inercia está arriba de la velocidad inactiva más una ventana inactiva (5 Hz) , el volante de inercia descarga en RD% (modo B) hasta que la velocidad alcanza la velocidad inactiva + la ventana inactiva cuando el accionamiento del volante de inercia es inhibido, es decir desciende (modo D) . El volante de inercia 10 desciende hasta que la velocidad alcanza la ventana inactiva (5 Hz) abajo de la velocidad inactiva, cuando el accionamiento es habilitado. El volante de inercia entonces carga en RC% de la energía eléctrica total (modo E) . Una vez que el volante de inercia 10 alcanza la velocidad inactiva, se inhibe el accionamiento una vez más (entra en descenso modo D) , hasta que la velocidad alcanza la velocidad inactiva - ventana inactiva. Este proceso después se repite hasta que la línea de voltaje deja la región de recuperación 18. Esta operación se nuestra en la Figura 5. Si la velocidad del volante de inercia está abajo de la velocidad inactiva - ventana inactiva (5 Hz) el volante de inercia carga en el RC% (modo E) hasta que la velocidad alcanza la velocidad inactiva, cuando el accionamiento es inhabilitado (es decir desciende - modo D) . La región de recuperación típica que carga puede ser de 5-10%. El volante de inercia 10 desciende hasta que la ventana inactiva está abajo de la velocidad inactiva cuando se habilita el accionamiento del volante de inercia y el volante de inercia carga está en el nivel de recuperación (modo E) . Este proceso se repite hasta que la línea de voltaje deja la región de recuperación 18. Esta operación es ilustrada en la Figura 6 de los figuras que siguen. Si la linea de voltaje cae abajo de los voltajes extremos máximos y mínimos, en el caso de la modalidad preferida de la presente invención 450 voltios que es la mínima y 800 voltios que es la máxima, los electrónicos de accionamiento son inhibidos para la duración de la excursión. En relación a la Figura 7, se muestra una representación gráfica de la línea de voltaje (eje Y) en voltios del sistema de alimentación de energía eléctrica sin un sistema de acuerdo a la presente invención (línea 28) y con un sistema de acuerdo a la presente invención, línea más obscura 30. La velocidad en Hz del volante de inercia correspondiente se muestra por la línea 32, el e e X representa el tiempo en segundos. Como se puede ver a partir de la Figura 7, la línea de voltaje es substancialmente uniforme y la máxima y la mínima de las líneas de voltaje son amortiguadas. Se apreciará que aunque la presente invención se describe en relación a los dispositivos de almacenamiento de energía del volante de inercia, puede ser aplicada a otros tales como capacitores y baterías.
La atención del lector está dirigida a todos los papeles y documentos los cuales son presentados simultáneamente con o previos a esta especificación en conexión con esta Solicitud y los cuales están abiertos a inspección pública con esta especificación, y los contenidos de tales papeles y documentos están incorporados en la presente para referencia. Todas las características descritas en esta especificación (que incluyen cualquiera de las reivindicaciones adjuntas, resumen y figuras), y/o todas las etapas de cualquier método o proceso asi descritos, pueden ser combinadas en cualquier combinación, excepto combinaciones donde por lo menos algunas de tales características y/o etapas son mutuamente excluidas. Cada característica descrita en esta especificación (que incluye cualquiera de las reivindicaciones adjuntas, resumen y figuras) puede ser reemplazada por características alternativas que sirven a la misma, propósito equivalente o similar, a no ser que expresamente se establezca de otro modo. Por consiguiente, a menos que expresamente se establezca de otro modo, cada característica descrita es un ejemplo solamente de una serie genérica de características equivalentes o similares. La invención no está restringida a los detalles de la modalidad (es) anterior (es) . La invención se extiende a cualquier novedad única, o cualquier combinación novedosa, de las características descritas en esta especificación (que incluyen cualquiera de las reivindicaciones adjuntas, resumen y figuras) , o a cualquier novedad única, o cualquier combinación novedosa, de las etapas de cualquier método o proceso como es descrito . Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la practica la citad invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.