Amortiguamiento de oscilación de potencia mediante un dispositivo de generación de potencia basado en convertidor.

Dispositivo de generación de potencia que comprende:

- un generador (104) de potencia;

- un dispositivo

(106) convertidor que tiene una salida (112) de potencia para proporcionar potencia (150) de salida eléctrica a una red (128) de electricidad;

- estando configurado el dispositivo convertidor para recibir potencia (142) de entrada desde el generador (104) de potencia y proporcionar, en respuesta a ello, la potencia (150) de salida eléctrica en la salida (128) de potencia;

- estando configurado el dispositivo (106) convertidor para modular la potencia (150) de salida eléctrica en respuesta a una señal (132) de control de amortiguamiento para así amortiguar una oscilación de potencia en la red (128) de electricidad; caracterizado porque

- el dispositivo (106) convertidor comprende un controlador (152) de dispositivo para recibir la señal de control de amortiguamiento y controlar en respuesta a ello elementos del dispositivo convertidor;

- cambiando el controlador (152) de dispositivo la referencia de velocidad de rotación del sistema mecánico del generador (104) de potencia para extraer o depositar energía de la modulación de la potencia de salida eléctrica del dispositivo (106) convertidor.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2011/050687.

Solicitante: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: WITTELSBACHERPLATZ 2 80333 MUNCHEN ALEMANIA.

Inventor/es: ANDRESEN,BJORN, FRYDENSBJERG,MICHAEL NOERTOFT, KNÜPPEL,THYGE.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA... > CIRCUITOS O SISTEMAS PARA LA ALIMENTACION O DISTRIBUCION... > Circuitos para redes principales o de distribución,... > H02J3/24 (Disposiciones para evitar o reducir las oscilaciones de potencia en las redes (por control efectuado en un solo generador H02P 9/00))
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MAQUINAS O MOTORES DE LIQUIDOS; MOTORES DE VIENTO,... > MOTORES DE VIENTO > Control de los motores de viento (alimentación o... > F03D7/04 (Control automático; Regulación)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA... > CONTROL O REGULACION DE MOTORES ELECTRICOS, GENERADORES... > Disposiciones para el control de generadores eléctricos... > H02P9/48 (Disposiciones para obtener características constantes en la salida, siendo el generador de velocidad variable, p. ej. sobre un vehículo (H02P 9/04 - H02P 9/46 tienen prioridad))

PDF original: ES-2537445_T3.pdf

 

google+ twitter facebook

Fragmento de la descripción:

AMORTIGUAMIENTO DE OSCILACIÓN DE POTENCIA MEDIANTE UN DISPOSITIVO DE GENERACIÓN DE

POTENCIA BASADO EN CONVERTIDOR

Campo de la invención La presente invención se refiere al campo de los dispositivos de generación de potencia basados en convertidor, es decir dispositivos de generación de potencia que incluyen un convertidor. En particular, la presente invención se refiere al campo de los dispositivos de turbina eólica.

Antecedentes de la técnica Las oscilaciones de potencia se producen normalmente en grandes sistemas de potencia interconectados, en los que dos o más áreas están interconectadas a través de líneas de transmisión de corriente alterna (CA) relativamente débiles. Estas oscilaciones de potencia también se denominan oscilaciones entre áreas. El que una oscilación sea estable o inestable es una propiedad del sistema. Por tanto, no es la contingencia que inicia la oscilación la que determina el nivel necesario de amortiguamiento. Más bien, el nivel necesario de amortiguamiento depende del estado del sistema de potencia, es decir la condición de funcionamiento, el ajuste del controlador, las líneas de transmisión, los generadores en servicio, etc.

Si se excita una oscilación de potencia entre dos áreas de un sistema de potencia, los ángulos de rotor de máquinas síncronas en un área comenzarán a oscilar en contrafase con las máquinas síncronas en la otra área y así forzarán un flujo de potencia activa en un sentido y en otro entre las áreas. Si la oscilación se amortigua en una medida suficiente, la oscilación desaparecerá y los ángulos de rotor volverán a un régimen permanente. Sin embargo, si se produce un amortiguamiento insuficiente en el sistema de potencia para esta oscilación particular se intercambia una cantidad de potencia activa cada vez mayor entre las dos áreas hasta que otros dispositivos de seguridad, como por ejemplo equipos de protección de líneas de transmisión o máquinas síncronas, desconectan la unidad o el componente. La consecuencia puede ser un efecto en cascada de desconexión de equipos y finalmente una interrupción del sistema.

En las redes de electricidad conocidas, la mayor parte del par de amortiguamiento necesario se proporciona por máquinas síncronas equipadas con estabilizadores del sistema de potencia (PSS) . Como se conoce por la práctica, tales controladores de estabilización se instalan cuando se construye una nueva planta eléctrica. Un PSS también puede instalarse posteriormente en centrales eléctricas existentes. Un concepto básico de un PSS conocido es sumar una señal auxiliar a la referencia de tensión del excitador y así modular la tensión de excitación de la máquina síncrona para amortiguar las oscilaciones de potencia.

El documento EP 2 182 207 A2 se refiere en general al control de estabilidad de sistemas de centrales eólicas eléctricas dentro de un sistema de potencia eléctrico y más específicamente al control de la estabilidad de la tensión y dinámica de un sistema de potencia eléctrico controlando sistemas de centrales eólicas eléctricas. Los modos de oscilación electromecánica que pueden producirse pueden ser entre áreas, donde grupos de generadores oscilan sobre un sistema de larga distancia (0, 2 a 1, 0 Hz) . Para controlar la potencia reactiva de salida de las turbinas eólicas locales se utiliza la capacidad de un controlador de central eólica local. Esto es posible debido a convertidores electrónicos de potencia usados en las turbinas eólicas y su capacidad para suministrar potencia reactiva incluso a velocidades del viento igual a cero. Según un aspecto de la invención, a una o más centrales eólicas en una red de distribución pueden suministrarse mediciones de área amplia del sistema de transmisión. Las mediciones de área amplia se introducen en un controlador coordinado. El controlador coordinado puede proporcionar una regulación para una única central eólica o múltiples centrales eólicas. La regulación realizada por el controlador coordinado puede ayudar a mantener la tensión en la red de distribución e impedir un colapso de tensión, puede ayudar a proporcionar amortiguamiento para oscilaciones en la red de distribución o proporcionar una combinación de amortiguamiento y control de tensión. La utilidad de los controles de potencia en centrales eólicas puede aprovecharse haciendo uso de mediciones de área amplia y redes de comunicación de gran ancho de banda. Considerando un único ejemplo de una central eólica, la capacidad de proporcionar potencia reactiva en el momento de la interconexión usando el convertidor electrónico de potencia de cada turbina, puede mejorar el rendimiento de tensión y amortiguamiento. Se usa un término adicional respecto a estos controladores que incorpora mediciones de área amplia para mejorar la estabilidad del sistema. Un conjunto de centrales eólicas con un conjunto coordinado de ajustes de controlador, suministrando a cada central eólica un pequeño número de mediciones de área amplia posiblemente diferentes podría mejorar adicionalmente el rendimiento global del sistema. Un enfoque alternativo incluye un controlador centralizado con acceso a mediciones en toda la red y un controlador con gran ancho de banda para las comunicaciones de centrales eólicas para señales de accionamiento.

En vista de la situación descrita anteriormente existe la necesidad de una técnica mejorada que permita amortiguar oscilaciones de potencia en una red de electricidad.

Sumario de la invención

Esta necesidad puede satisfacerse con el contenido según las reivindicaciones independientes. Las reivindicaciones dependientes describen realizaciones ventajosas del contenido dado a conocer en el presente documento.

Según un primer aspecto del contenido dado a conocer en el presente documento, se proporciona un dispositivo de generación de potencia, comprendiendo el dispositivo de generación de potencia: un generador de potencia; un dispositivo convertidor que tiene una salida de potencia para proporcionar potencia de salida eléctrica a una red de electricidad; estando configurado el dispositivo convertidor para recibir potencia de entrada desde el generador de potencia y proporcionar, en respuesta a ello, la potencia de salida eléctrica en la salida de potencia; estando configurado el dispositivo convertidor para modular la potencia de salida eléctrica en respuesta a una señal de control de amortiguamiento para así amortiguar la oscilación de potencia en la red de electricidad.

Este aspecto se basa en la idea de que modificando un dispositivo de generación de potencia basado en convertidor para el amortiguamiento de oscilaciones de potencia en una red de electricidad pueden conseguirse características de amortiguamiento mejoradas respecto a las oscilaciones de potencia en una red de electricidad. Un dispositivo de generación de potencia basado en convertidor tiene la ventaja de que la potencia activa y reactiva pueden controlarse independientemente y por tanto, un controlador según el contenido dado a conocer en el presente documento, según una realización, puede usar ambos, el control de la potencia activa y el control de la potencia reactiva para un mejor rendimiento del amortiguamiento. Generalmente, la potencia activa se proporciona mediante la energía de rotación del sistema mecánico de la turbina eólica que a su vez se proporciona mediante las fuerzas del viento que actúan sobre las palas de la turbina eólica.

Como se usa en el presente documento, un dispositivo convertidor es un dispositivo para convertir potencia de entrada eléctrica en una potencia de salida eléctrica. Por ejemplo, en una realización el convertidor está configurado para cambiar una característica eléctrica de la potencia de entrada eléctrica, generando así... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Dispositivo de generación de potencia que comprende.

5. un generador (104) de potencia;

- un dispositivo (106) convertidor que tiene una salida (112) de potencia para proporcionar potencia (150) de salida eléctrica a una red (128) de electricidad; -estando configurado el dispositivo convertidor para recibir potencia (142) de entrada desde el generador (104) de potencia y proporcionar, en respuesta a ello, la potencia (150) de salida eléctrica en la salida (128) de potencia;

- estando configurado el dispositivo (106) convertidor para modular la potencia (150) de salida eléctrica en respuesta a una señal (132) de control de amortiguamiento para así amortiguar una oscilación de potencia en la red (128) de electricidad; caracterizado porque -el dispositivo (106) convertidor comprende un controlador (152) de dispositivo para recibir la señal de control de amortiguamiento y controlar en respuesta a ello elementos del dispositivo convertidor;

- cambiando el controlador (152) de dispositivo la referencia de velocidad de rotación del sistema mecánico del generador (104) de potencia para extraer o depositar energía de la modulación de la potencia de salida eléctrica del dispositivo (106) convertidor.

2. Dispositivo de generación de potencia según la reivindicación 1, en el que -la señal (132) de control de amortiguamiento incluye una señal (132a) de control para controlar una componente activa de la potencia de salida eléctrica.

3. Dispositivo de generación de potencia según la reivindicación 1 ó 2, en el que -la señal (132) de control de amortiguamiento incluye una señal (132b) de control para controlar una componente reactiva de la potencia de salida eléctrica.

4. Dispositivo de generación de potencia según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el dispositivo (102a, ... 102n) de generación de potencia es un dispositivo de turbina eólica.

5. Dispositivo de generación de potencia según una de las reivindicaciones anteriores, que comprende además -un controlador (122) que está configurado para recibir una señal (126) de indicación de oscilación indicativa de una oscilación de potencia en la red (128) de electricidad, estando configurado además el controlador (122) para proporcionar la señal (132) de control de amortiguamiento en respuesta a la señal (126) de indicación de oscilación. 45

6. Dispositivo de generación de potencia según la reivindicación anterior, comprendiendo el controlador:

- una entrada (124) para recibir la señal (126) de indicación de oscilación indicativa de la oscilación de potencia en una red (128) de electricidad;

- una salida (130) para proporcionar la señal (132) de control de amortiguamiento al dispositivo convertidor en respuesta a la señal (126) de indicación de oscilación;

- estando configurada la señal (132) de control de amortiguamiento para hacer así que el dispositivo 55 convertidor module una potencia de salida eléctrica del dispositivo (102a, ... 102n) de generación de potencia y así amortiguar la oscilación de potencia en la red de electricidad.

7. Dispositivo de generación de potencia según la reivindicación 6, en el que el controlador comprende -un primer subcontrolador (162) para controlar una componente activa de la potencia de salida eléctrica; y -un segundo subcontrolador (164) para controlar una componente reactiva de la potencia de salida eléctrica.

8. Dispositivo de generación de potencia según una de las reivindicaciones 6 ó 7, estando configurado el controlador (122) para disminuir, en respuesta a la señal de indicación de oscilación, un valor (196) de

referencia de la potencia activa que va a proporcionar el convertidor (106) .

9. Parque de generación de potencia, que tiene al menos dos dispositivos de generación de potencia de los que al menos un dispositivo (102a, ... 102n) de generación de potencia está configurado según una de las 5 reivindicaciones 1 a 5.

10. Parque de generación de potencia, que tiene al menos dos dispositivos de generación de potencia de los que al menos un dispositivo (102a, ... 102n) de generación de potencia está configurado según una de las reivindicaciones 1 a 4, comprendiendo además el parque de generación de potencia:

- un controlador (122) que está configurado para recibir una señal (126) de indicación de oscilación indicativa de una oscilación de potencia en la red (128) de electricidad, estando configurado además el controlador (122) para proporcionar la señal (132) de control de amortiguamiento en respuesta a la señal (126) de indicación de oscilación. 15

11. Método para hacer funcionar un controlador de un dispositivo (106) convertidor configurado para proporcionar una potencia de salida eléctrica a una red de electricidad, comprendiendo el método:

- recibir una señal (126) de indicación de oscilación, indicativa de una oscilación de potencia en la red (128) 20 de electricidad;

- proporcionar una señal (132) de control de amortiguamiento al dispositivo (106) convertidor en respuesta a la señal (126) de indicación de oscilación;

-estando configurada la señal (132) de control de amortiguamiento para hacer así que el dispositivo (106) convertidor module la potencia de salida eléctrica del dispositivo (106) convertidor y así amortiguar la oscilación de potencia en la red (128) de electricidad;

- estando configurada la señal (132) de control de amortiguamiento para hacer así que el dispositivo (106) 30 convertidor intercambie potencia entre la red (128) de electricidad y una máquina (104) rotatoria de un dispositivo (102a, ... 102n) de generación de potencia cambiando la energía de rotación de un elemento (140) de rotación de la máquina (104) rotatoria;

- cambiar la referencia de velocidad de rotación del sistema mecánico del generador (104) de potencia para 35 extraer o depositar energía de la modulación de la potencia de salida eléctrica del dispositivo (106) convertidor.

12. Método según la reivindicación 11, que comprende además:

-disminuir, en respuesta a la señal (126) de indicación de oscilación, un valor (196) de referencia de una potencia activa que va a proporcionar el convertidor (106) .

13. Programa informático para procesar un objeto físico, concretamente una señal de indicación de oscilación, estando adaptado el programa informático, cuando se ejecuta mediante un dispositivo procesador de datos, 45 para controlar el método tal como se expone en una cualquiera de las reivindicaciones 11 a 12.