MÉTODO Y SISTEMA DE CONTROL DEL CONVERTIDOR DE UNA INSTALACIÓN DE GENERACIÓN ELÉCTRICA CONECTADA A UNA RED ELÉCTRICA ANTE LA PRESENCIA DE HUECOS DE TENSIÓN EN DICHA RED.

Método y sistema de control del convertidor de una instalación de generación eléctrica conectada a una red eléctrica ante la presencia de huecos de tensión en dicha red. Sector de la invención [0001] La invención se refiere a un método y a un sistema para el control del convertidor de una instalación eléctrica, del tipo que comprenden un generador eólico, del tipo asíncrono doblemente alimentado, conectado a una red eléctrica cuando se produce un hueco de tensión en dicha red. [0002] En US2005/0116476 se divulgan un método con las características del preámbulo de la reivindicación 1 y un sistema con las características del preámbulo de la reivindicación 3. Estado anterior de la técnica ES 2 365 630 T3 [0003] La energía eólica está en constante crecimiento y está considerada, entre las energías renovables, como la mayor candidata a ser una alternativa real a las fuentes de energía convencional, como son aquellas derivadas de los combustibles fósiles como el petróleo, el gas o el carbón, y que son más contaminantes. [0004] El aumento del número de instalaciones eólicas, y en consecuencia el número de aerogeneradores, conectados a la red eléctrica, provoca problemas de integración que ralentizan dicho crecimiento. De entre estos problemas, el más importante está relacionado con el comportamiento que tienen los aerogeneradores frente a los cambios bruscos de tensión en la red, los denominados huecos de tensión. [0005] Los aerogeneradores eólicos más utilizados en la actualidad son los generadores de velocidad variable, con los que se ha conseguido disminuir los esfuerzos mecánicos a consecuencia de ráfagas de viento, que la electricidad generada tenga menos fluctuaciones y que el aprovechamiento energético sea mayor. [0006] En concreto, dentro de este tipo de generadores eléctricos existentes, síncronos o asíncronos, para obtener una velocidad variable, se está apostando por el segundo debido a que los generadores síncronos tienen diferentes inconvenientes. Uno de los inconvenientes de los generadores síncronos es que toda la energía generada, previamente a su suministro a la red eléctrica, debe ser convertida mediante convertidores electrónicos. Por lo tanto, dichos convertidores deben ser dimensionados para soportar toda la potencia del aerogenerador, resultando caros y voluminosos. Además, las pérdidas de energía de estos generadores síncronos ocasionan la disminución del rendimiento total del aerogenerador. Por contra, con el generador asíncrono se mejoran dichos inconvenientes. [0007] El generador asíncrono más utilizado es el generador asíncrono de doble alimentación en el que el devanado del estator se conecta directamente a la red mientras que el devanado del rotor se conecta a la red a través de un convertidor que permite controlar tanto la energía activa como la reactiva del generador eléctrico. Debido a que la potencia que pasa por el rotor es sólo una pequeña fracción de la del estator, los convertidores son menores en coste y tamaño, y generan menos pérdidas. [0008] Aunque con los generadores asíncronos doblemente alimentados se mejoran muchas de las prestaciones de los generadores eólicos, se reduce la robustez de la instalación de generación de energía eléctrica debido a que dichos generadores asíncronos doblemente alimentados son muy sensibles a las faltas que puedan darse en la red eléctrica, como los huecos de tensión. En particular, el convertidor de potencia que está conectado al rotor del generador es una parte muy vulnerable del sistema debido a que cuando ocurre un hueco de tensión en uno o varias líneas, la corriente que aparece en el convertidor puede alcanzar valores muy altos y puede incluso destruirlo. [0009] Esta corriente elevada se produce durante los huecos de tensión y es debida a la desmagnetización del generador hasta que éste alcanza el nuevo estado de magnetización correspondiente a la tensión existente durante dicho hueco de tensión. Esta situación transitoria que se produce en el generador durante los huecos de tensión genera una sobretensión, con la consiguiente sobrecorriente, que genera un flujo en el rotor, denominado en adelante flujo libre. [0010] En condiciones normales la desmagnetización del generador se realiza en la propia resistencia del estator, donde la energía magnética se transforma en calor. De esta forma, la duración del transitorio queda ligada a la constante de tiempo natural del estator que, habitualmente, es del orden de uno o varios segundos, tiempo suficiente para dañar e incluso llegar a destruir el convertidor en caso de hueco de tensión. [0011] La solución habitual para evitar que se vea afectado el convertidor del generador por estas corrientes elevadas que surgen en los huecos de tensión consiste en acelerar dicho proceso de desmagnetización y proteger al convertidor de las sobretensiones y sobrecorrientes asociadas inducidas por dicho flujo libre. 2 [0012] Para acelerar este proceso se pueden conectar resistencias, fijas o variables, en el estator o en el rotor y en serie o en paralelo que reducen el tiempo de desmagnetización, o bien, de un modo alternativo, se actúa con el propio convertidor. [0013] La técnica más extendida, denominada crowbar, se basa en la utilización de resistencias de muy bajo valor, incluso llegándose al cortocircuito, que se conectan, utilizando un puente de tiristores, en paralelo con el rotor en caso de detectar sobrecorrientes en el estator o en el rotor o sobretensión en el rotor o en el bus de continua. Sin embargo, esta técnica comporta distintos inconvenientes, como que al ser las resistencias utilizadas de valores tan bajos, por un lado, el tiempo de desmagnetización sigue siendo importante y, por otro, si el generador sigue conectado a la red eléctrica se generan sobrecorrientes en el generador, con lo que para evitar estas sobrecorrientes se desconecta el generador de la red y no se vuelve a conectar hasta que la tensión vuelve a su valor nominal. De esta forma, con esta técnica se protege al convertidor pero se produce la desconexión del generador de la red, aunque sea por un corto periodo de tiempo. [0014] Un ejemplo de aplicación de esta técnica es el sistema descrito en el documento W0200403019, que propone incluir un interruptor electrónico entre el devanado del estator y la red eléctrica a la cual está conectado, y un elemento de desmagnetización conectado en paralelo bien con el estator o bien con el rotor. Dicho elemento desmagnetizante es una resistencia variable. En este sistema, en caso de detectarse una variación brusca de la tensión de la red, se desconecta el generador de la red eléctrica y se conecta el elemento de desmagnetización. Este elemento se controla de forma que se iguale la tensión en bornes del generador, lo que se conoce como estado de magnetización del generador, con la nueva tensión de la red. Con este control se fija el flujo del estator en un corto periodo de tiempo a un valor de flujo que corresponde al voltaje real de la red, de modo que exista una coincidencia del valor de flujo y de su fase entre el voltaje inducido del estator y el voltaje de la red antes de que se vuelva a conectar el generador a la red. Siendo así, una vez se han igualado estas dos tensiones se vuelve a conectar el generador a la red y se desconecta el elemento de desmagnetización. Este ejemplo además de requerir la desconexión del generador de la red provocaría la continua conexión y desconexión de la unidad de desmagnetización en caso de huecos de tensión monofásicos y/o bifásicos. [0015] De acuerdo con el estado de la técnica, es un objeto de la presente invención dotar a las instalaciones de generación de energía eléctrica a partir de la energía eólica conocidas de una solución alternativa al crowbar para controlar su comportamiento en caso de huecos de tensión. La solución alternativa debe garantizar que el generador eólico que comprende la instalación no se desconecte de la red eléctrica a la que está conectado, superando los inconvenientes que se derivan de desconectarlo y conectarlo de la red en caso de huecos de tensión. [0016] En particular, es un objeto de la presente invención que el convertidor de la instalación de generación eléctrica sea capaz de soportar las situaciones ocasionales de huecos de tensión sin que este sea dañado y sin necesidad de hacer uso de la desconexión del mismo. Exposición de la invención ES 2 365 630 T3 [0017] El método de control del convertidor de una instalación de generación eléctrica ante la presencia de huecos de tensión objeto de la invención, que supera los inconvenientes antes citados, aplicable a instalaciones que comprenden al menos un generador eléctrico, tal como un generador eólico, conectado a una red eléctrica, siendo el generador eléctrico un generador asíncrono de doble alimentación formado por... [Seguir leyendo]

1.- Método de control del convertidor (22) de una instalación de generación eléctrica del tipo que comprenden al menos un generador (1) eléctrico, tal como un generador eólico, conectado a una red (8) eléctrica, ante la presencia de huecos de tensión en dicha red, siendo el generador eléctrico un generador asíncrono (11) de doble alimentación formado por dos devanados, un devanado en el estator, conectado directamente a la red, y un devanado en el rotor (13) que está alimentado en régimen normal, de forma controlada, mediante dicho convertidor (22) que impone en dicho devanado del rotor (13) una corriente de tensión predeterminada denominada corriente de consigna (4b); caracterizado porque, en caso de producirse un hueco de tensión, el convertidor (22) impone en dicho devanado del rotor (13) una nueva corriente de consigna (4b') que es el resultado de añadir a la corriente de consigna anterior (4b) un nuevo término, denominado corriente desmagnetizante (4c), que genera un flujo en el devanado del rotor (13) opuesto al flujo libre, siendo el flujo libre (sl) aquel que no está provocado por la componente directa de la tensión del estator, reduciéndose por consiguiente la tensión en bornes del convertidor. 2.- Método según la reivindicación anterior, caracterizado porque la corriente desmagnetizante (4c) es proporcional al valor del flujo libre (sl), del estator del generador, estimado como la diferencia entre el valor del flujo magnético en el estator del generador (s) y el valor del flujo del estator asociado a la componente directa de la tensión del estator, denominado flujo forzado (sl). 3.-. Sistema para la realización del método según la reivindicación 1, particularmente aplicable a una instalación de generación eléctrica del tipo que comprende al menos un generador (11) asíncrono de doble alimentación conectado a una red (8) eléctrica, en donde el devanado del rotor (13) está alimentado en régimen normal, de forma controlada, mediante un convertidor (22) que, gobernado por una unidad de control (7), impone una corriente de tensión predeterminada denominada corriente de consigna (4b), caracterizado porque la unidad de control comprende un módulo auxiliar (70) que incorpora una primera unidad (71) para la estimación del valor del flujo del estator (s); una segunda unidad (72) para la estimación del flujo del estator asociado a la componente directa de la tensión del estator, denominado flujo forzado (sf), en caso de producirse un hueco de tensión en la red (8); una tercera unidad (73), que calcula la diferencia entre los valores del flujo del estator (s) y del flujo forzado (sf) previamente estimados; una cuarta unidad (74), multiplicadora, que multiplica el valor de la diferencia antes calculada por un factor K2 para la obtención del valor de la corriente desmagnetizante (4c); y una quinta unidad (75), para la suma (4b) del valor de la corriente de consigna (4b) anterior y del valor de la corriente desmagnetizante (4c) previamente calculado. 4.- Sistema según la reivindicación anterior, caracterizado porque K2 es menor que 1. 8 ES 2 365 630 T3 9 ES 2 365 630 T3 ES 2 365 630 T3 11 ES 2 365 630 T3 12 ES 2 365 630 T3 13 ES 2 365 630 T3 14