Circuito de protección por cortocircuito a la salida de un convertidor de energía.

Una unidad (100) de potencia, que comprende:

un convertidor (105) de energía;

un transformador

(130) configurado para transferir la energía eléctrica generada del convertidor (105) de energía a una red eléctrica;

al menos un fusible (135) situado entre la red eléctrica y el transformador (130); y

una protección (140) por cortocircuito acoplada al convertidor (105) de energía y al transformador (130) que se configura para evitar que un evento de sobretensión dañe los componentes eléctricos asociados con el convertidor (105) de energía y el transformador (130), en la que el evento de sobretensión es insuficiente para fundir el al menos un fusible (135), evitando la protección (140) por cortocircuito que el evento de sobretensión dañe los componentes eléctricos desviando la corriente generada del evento de sobretensión lejos de los componentes eléctricos y aumentando la corriente desviada hasta un nivel que causa la fundición del al menos un fusible (135) entre la red eléctrica y el transformador (130), aislando de ese modo el convertidor (105) de energía y el transformador (130) de la red eléctrica.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E10173576.

Solicitante: GENERAL ELECTRIC COMPANY.

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: 1 RIVER ROAD SCHENECTADY, NY 12345 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: HARBOURT,CYRUS DAVID, RITTER,ALLEN MICHAEL, BEDIA,RAFAEL IGNACIO.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MAQUINAS O MOTORES DE LIQUIDOS; MOTORES DE VIENTO,... > MOTORES DE VIENTO > F03D9/00 (Adaptaciones de los motores de viento para usos especiales; Combinaciones de motores de viento con los aparatos que accionan (disposiciones relativas a conjuntos de propulsión de vehículos alimientados por energía eólica B60K 16/00; bombas caracterizadas por su combinación con motores de viento F04B 17/02))
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA... > CIRCUITOS DE PROTECCION DE SEGURIDAD (indicación... > Circuitos de protección de seguridad para limitar... > H02H9/04 (sensibles a un exceso de tensión (pararrayos H01C 7/12, H01C 8/04, H01G 9/18, H01T))
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MAQUINAS O MOTORES DE LIQUIDOS; MOTORES DE VIENTO,... > MOTORES DE VIENTO > F03D7/00 (Control de los motores de viento (alimentación o distribución de energía eléctrica H02J, p.ej. disposiciones para ajustar, eliminar o compensar la potencia reactiva en las redes H02J 3/18; control de generadores eléctricos H02P, p.ej. disposiciones para el control de generadores eléctricos con el propósito de obtener las características deseadas en la salida H02P 9/00))

PDF original: ES-2535318_T3.pdf

 

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Ilustración 1 de Circuito de protección por cortocircuito a la salida de un convertidor de energía.
Ilustración 2 de Circuito de protección por cortocircuito a la salida de un convertidor de energía.
Ilustración 3 de Circuito de protección por cortocircuito a la salida de un convertidor de energía.
Ilustración 4 de Circuito de protección por cortocircuito a la salida de un convertidor de energía.
Circuito de protección por cortocircuito a la salida de un convertidor de energía.

Fragmento de la descripción:

Circuito de protección por cortocircuito a la salida de un convertidor de energía La presente invención se refiere en general a la energía renovable y, más particularmente, al control de flujo de potencia en un convertidor de energía utilizado con una unidad de potencia en base a energías renovables.

Las turbinas eólicas son un tipo de unidad de energía en base a energías renovables que compite con las formas tradicionales de generación de potencia eléctrica. Como resultado, las turbinas eólicas dependen de medios rentables, fiables, así como seguros para capturar la energía del viento y convertirla en energía eléctrica que es adecuada para su suministro a millas de distancia. Durante la operación, las turbinas eólicas tienen múltiples palas giratorias conectadas a un eje del rotor que se hacen girar por el viento. El giro de las palas por el viento hace girar el eje del rotor para generar un par o fuerza de giro que acciona uno o más generadores para convertir la energía mecánica en energía eléctrica. El eje del rotor y el generador se montan dentro de un alojamiento o góndola que se sitúa en la parte superior de una armadura o torre tubular. La energía eléctrica generada en la góndola se distribuye a través de la torre a una red de suministro eléctrico por medio de un transformador.

Varios generadores de turbinas eólicas y sistemas de protección de la electrónica de potencia conocidos se describen, por ejemplo, en los documentos EP 1 752 660, US 6.021.035 y WO 2004/070936.

En general, una tensión media se utiliza para recoger la potencia eléctrica de las turbinas eólicas en una aplicación de generación de potencia eólica típica. Normalmente, las turbinas eólicas individuales se desconectan de grupos de turbinas y un transformador en respuesta a la fundición de un fusible en el transformador. Muchas veces, existe la posibilidad de que pueda surgir un fallo en una turbina eólica que provoca una progresión de fallos posteriores que no son suficientes para fundir un fusible. En consecuencia, estos fallos pueden conducir al sobrecalentamiento y quema del equipo eléctrico en la turbina eólica. Por ejemplo, puede haber un fallo del equipo eléctrico en la turbina eólica que conlleva a la fuga de una cantidad sustancial de corriente, pero no lo suficiente para reducir la tensión asociada con el fallo. Esto resulta en la generación de potencia muy elevada que puede elevar rápidamente la temperatura del equipo hasta niveles inaceptables.

Por lo tanto, es deseable discernir los fallos en una turbina eólica que puedan conducir a un evento de sobretensión que genera altas corrientes que no son suficientes para fundir un fusible indicando un fallo, pero que son todavía lo suficientemente peligrosos para progresar hasta el punto en que el equipo en la turbina eólica superará un nivel de temperatura aceptable.

En consecuencia, se proporcionan diversos aspectos y realizaciones de la presente invención, como se define en las reivindicaciones adjuntas.

Diversos aspectos y realizaciones de la presente invención se describirán ahora en conexión con los dibujos adjuntos, en los que:

La Figura 1 es una ilustración esquemática de una unidad de potencia eólica de acuerdo con una realización de la presente invención;

La Figura 2 es un diagrama de flujo que describe las operaciones de los procesos asociados con la activación del circuito de protección por cortocircuito representado en la Figura 1 de acuerdo con una realización de la presente invención;

La Figura 3 es un diagrama de flujo que describe las operaciones de los procesos asociados con la activación del circuito de protección por cortocircuito representado en la Figura 1 de acuerdo con otra realización de la presente invención; y La Figura 4 es un diagrama de bloques de una configuración de una unidad de cálculo representada en la Figura 1 de acuerdo con una realización de la presente invención.

Diversas realizaciones de la presente invención incluyen el uso de un dispositivo de cortocircuito, tal como un circuito de protección por cortocircuito con una turbina eólica, en el que la protección por cortocircuito está situada entre la turbina eólica y un transformador que suministra energía eléctrica de la turbina eólica a una red eléctrica. Ciertos efectos técnicos de las diversas realizaciones incluyen evitar eventos de sobretensión de los componentes eléctricos dañinos de la turbina eólica y del transformador mediante la detección de tales eventos y la activación del circuito de protección por cortocircuito después de la detección. Otros efectos técnicos incluyen desviar la corriente lejos de los componentes eléctricos de la turbina eólica y del transformador y aumentar la corriente a un nivel que causa la fundición de al menos un fusible asociado con el transformador.

Aunque las diversas realizaciones de la presente invención descritas en la presente memoria están dirigidas al uso de un dispositivo de cortocircuito, tal como un circuito de protección por cortocircuito con una turbina eólica, las realizaciones de la presente invención tienen una aplicación más amplia de uso que con una unidad de potencia eólica. En particular, las realizaciones de la presente invención son adecuadas para cualquier unidad de generación

de potencia, como por ejemplo, una unidad de potencia en base a energías renovables. Una lista ilustrativa, pero no exhaustiva de las unidades de potencia en base a energías renovables que puede ser adecuada para su uso con la presente invención puede incluir solar, sistemas de almacenamiento de energía en baterías, agua, energía geotérmica, etc. Los expertos en la materia podrán aplicar los principios de las diversas realizaciones de la presente invención en el convertidor de energía utilizado con cada una de estas unidades de potencia en base a energías renovables y el transformador utilizado para distribuir la energía a la red eléctrica.

Haciendo referencia a los dibujos, la Figura 1 es una ilustración esquemática de una unidad 100 de potencia eólica de acuerdo con una realización de la presente invención. Como se muestra en la Figura 1, la unidad 100 de potencia eólica incluye un convertidor de energía tal como una turbina 105 eólica. Para facilitar la ilustración, solo una turbina eólica se muestra en la Figura 1, sin embargo, la unidad 100 de potencia eólica puede incluir más de una turbina 105 eólica. La turbina 105 eólica incluye una góndola 110 que aloja un generador (no mostrado en la Figura 1) . La góndola 110 se monta por encima de una torre 115. Las palas 120 giratorias se conectan a un concentrador 125 giratorio a lo largo de un eje del rotor (no mostrado en la Figura 1) . Aunque la turbina 105 eólica ilustrada en la Figura 1 incluye dos palas 120 giratorias, no hay límites específicos sobre el número de palas giratorias requeridas por las diversas realizaciones de la presente invención. De este modo, se pueden proporcionar más o menos palas 120 giratorias. Además, los expertos en la materia reconocerán que la turbina 105 eólica puede tener más mecanismos de lo que se ilustra en la Figura 1. Por ejemplo, la góndola 110 puede tener una caja de engranajes que acopla un eje de baja velocidad del rotor a un eje de alta velocidad y un controlador que controla la operación del generador.

La unidad 100 de potencia eólica incluye, además, un transformador 130 que recibe la energía eléctrica generada procedente de la turbina 105 eólica y la transfiere a una red eléctrica. Unido al transformador 130 hay un fusible 135 que actúa para servir como un dispositivo de protección contra sobrecorriente mediante la interrupción de cualquier fallo que produzca una sobrecorriente. Para facilidad de ilustrar las realizaciones... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Una unidad (100) de potencia, que comprende:

un convertidor (105) de energía;

un transformador (130) configurado para transferir la energía eléctrica generada del convertidor (105) de energía 5 a una red eléctrica;

al menos un fusible (135) situado entre la red eléctrica y el transformador (130) ; y una protección (140) por cortocircuito acoplada al convertidor (105) de energía y al transformador (130) que se configura para evitar que un evento de sobretensión dañe los componentes eléctricos asociados con el convertidor (105) de energía y el transformador (130) , en la que el evento de sobretensión es insuficiente para fundir el al menos un fusible (135) , evitando la protección (140) por cortocircuito que el evento de sobretensión dañe los componentes eléctricos desviando la corriente generada del evento de sobretensión lejos de los componentes eléctricos y aumentando la corriente desviada hasta un nivel que causa la fundición del al menos un fusible (135) entre la red eléctrica y el transformador (130) , aislando de ese modo el convertidor (105) de energía y el transformador (130) de la red eléctrica.

2. La unidad (100) de potencia de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además una unidad de supervisión configurada para activar la operación de la protección (140) por cortocircuito en respuesta a la determinación de que hay un evento de sobretensión se produce en el convertidor (105) de energía que tiene el potencial de dañar los componentes eléctricos asociados con el convertidor (105) de energía y el transformador (130) , en la que la unidad de supervisión comprende una pluralidad de sensores (145, 150) situados sobre el convertidor (105) de energía y el transformador (130) y una unidad (155) de cálculo configurada para recibir las mediciones de cada uno de la pluralidad de sensores (145, 150) respectivos y utilizar las mediciones para detectar si hay un evento de sobretensión que se produce en el convertidor (105) de energía que tiene el potencial de dañar los componentes eléctricos asociado con el convertidor (105) de energía y el transformador (130) .

3. La unidad (100) de potencia de acuerdo con la reivindicación 2, en la que la unidad (155) de cálculo activa la operación de la protección (140) por cortocircuito en respuesta a la determinación de que hay un componente de calentamiento destructivo asociado con el evento de sobretensión.

4. La unidad (100) de potencia de acuerdo con la reivindicación 2 o la reivindicación 3, en la que la unidad (155) de cálculo compara la cantidad de potencia transmitida del convertidor (105) de energía con la cantidad de potencia que en realidad se está suministrando del transformador (130) a la red eléctrica y cualquier diferencia entre las mismas 30 se compara con un umbral de potencia predeterminado para determinar si hay un calentamiento destructivo, en la que la comparación de la cantidad de potencia transmitida del convertidor (105) de energía con la cantidad de potencia que en realidad se está suministrando del transformador (130) a la red eléctrica comprende calcular las pérdidas de potencia asociadas con el equipo eléctrico en el convertidor (105) de energía y compararlas con las pérdidas de potencia normal esperadas en la red eléctrica y comparar la diferencia entre ambas con el umbral de potencia predeterminado.

5. La unidad (100) de potencia de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, en la que la unidad (155) de cálculo determina la cantidad de corriente que es sensible a la potencia suministrada por el convertidor de energía (105) y la cantidad de la corriente real suministrada del transformador (130) a la red eléctrica y determina si hay un componente de calentamiento destructivo a partir de la misma, en la que la cantidad de corriente que es sensible a la potencia suministrada se suma a la cantidad de la corriente real suministrada del transformador (130) a la red eléctrica para generar un valor de corriente total, en la que el valor de corriente agregado se compara con un umbral de corriente predeterminado, siendo la corriente agregada dentro de un intervalo del umbral de corriente predeterminado indicativa de un componente de calentamiento destructivo.

6. Un método para evitar que un evento de sobretensión dañe la unidad (100) de generación de potencia de 45 cualquier reivindicación anterior, comprendiendo el método:

acoplar la protección (140) por cortocircuito a, el al menos, un convertidor (105) de energía y el transformador (130) ;

supervisar la operación de, el al menos, un convertidor (105) de energía y el transformador (130) para una corriente destructiva asociada con el evento de sobretensión que está por debajo de una corriente de 50 interrupción del fusible; y activar la protección (140) por cortocircuito en respuesta a la detección de que existe una corriente destructiva asociada con el evento de sobretensión.