Disposición de circuito para su uso en un aerogenerador.

Aerogenerador de velocidad variable que comprende una disposición de circuito con un generador asíncrono de doble alimentación, una resistencia adicional y un convertidor con un inversor del rotor, en el que la disposición de circuito incluye un conmutador

(V15) y medios para regular el funcionamiento de la resistencia adicional (R15), de modo que el inversor del rotor puede desconectarse provisionalmente en caso de cortocircuito de red y la corriente del rotor puede asumirla momentáneamente la resistencia adicional, caracterizado por que el inversor del rotor, tras la atenuación de la corriente de cortocircuito del rotor, puede volver a conectarse para el acoplamiento activo de una corriente de cortocircuito a la red, porque la disposición de circuito está configurada de tal modo que, en caso de un cortocircuito de la red, se proporciona al cortocircuito por el aerogenerador una corriente capacitiva o una corriente inductiva, y por que el inversor del rotor también puede desconectarse cuando retorna la tensión de red, para entonces asumir una sobrecorriente por la resistencia adicional (R15), y tras la atenuación de esta sobrecorriente la resistencia adicional (R15) puede desconectarse y la corriente del rotor puede asumirla el inversor del rotor.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E09012812.

Solicitante: VESTAS WIND SYSTEMS A/S.

Nacionalidad solicitante: Dinamarca.

Dirección: Hedeager 44 8200 Aarhus N DINAMARCA.

Inventor/es: FEDDERSEN, LORENZ.

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 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... > H02P9/00 (Disposiciones para el control de generadores eléctricos con el propósito de obtener las características deseadas en la salida)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA... > CONTROL O REGULACION DE MOTORES ELECTRICOS, GENERADORES... > Disposiciones para el control de generadores eléctricos... > H02P9/10 (Control efectuado sobre el circuito de excitación del generador con el fin de reducir los efectos nocivos de sobrecarga o de fenómenos transitorios, p. ej. aplicación, supresión o cambio repentino de carga)

PDF original: ES-2533471_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Disposición de circuito para su uso en un aerogenerador La invención se refiere a una disposición de circuito destinada en particular para su uso en un aerogenerador de velocidad variable que comprende un generador asíncrono de doble alimentación, una resistencia adicional y un convertidor.

Este tipo de disposiciones de circuito previstas para su uso en aerogeneradores de velocidad variable se utilizan a menudo en la práctica y por tanto, por su uso previo manifiesto, pertenecen al estado de la técnica. Sin embargo, en funcionamiento, con el uso de máquinas asíncronas de doble alimentación (DASM) ha resultado desventajoso que éstas se separen de la red en el caso de un cortocircuito de la red a nivel de media tensión. Por tanto, no puede obtenerse la estabilización de red deseada mediante una turbina eólica, que se hace funcionar con una máquina asíncrona de doble alimentación.

Por tanto, en el pasado, la estabilización de red necesaria se producía por los operadores de red con centrales eléctricas convencionales. Sin embargo, debido al rápido aumento en el número de turbinas eólicas y el rápido aumento de la potencia relacionado con ello, que entretanto han alcanzado el tamaño de las centrales eléctricas convencionales, también las demandas de las turbinas eólicas tienen que adaptarse a las de las centrales eléctricas convencionales. En particular, cada vez más se exige un acoplamiento de redes duradero para que el aerogenerador, durante y después de finalizar un cortocircuito de red de media tensión, pueda restablecer y volver a estabilizar la red.

El documento JP 7 194 196 A describe una conversión para un generador asíncrono de doble alimentación de una turbina eólica, que en el caso de un cortocircuito de la red se desconecta provisionalmente de la red. Para evitar una sobretensión, en este periodo de tiempo puede disiparse energía a través de una resistencia. Por el documento JP 7 067 393 se conoce un convertidor similar para un hidrogenerador.

El documento JP 2001 268 992 describe un generador asíncrono de doble alimentación con un convertidor para un hidrogenerador. El convertidor vuelve a ponerse en funcionamiento en caso de cortocircuito para un soporte de red antes de finalizar el cortocircuito.

La invención se basa en el objetivo de crear una disposición de circuito para su uso en turbinas eólicas con una máquina asíncrona, con la que pueda cumplirse con las elevadas demandas para las turbinas eólicas modernas, en particular con respecto a la estabilización de red.

Este objetivo se alcanza según la invención con una disposición de circuito según las características de la reivindicación 1. Las reivindicaciones dependientes se refieren en particular a perfeccionamientos convencionales de la invención.

Por tanto, según la invención se prevé una disposición de circuito, en la que puede regularse la resistencia adicional por medio de un conmutador rápido de tal manera que el convertidor, en caso de cortocircuito de red, puede desconectarse provisionalmente al menos en parte, para asumir momentáneamente la corriente del rotor por medio de la resistencia adicional, y tras la atenuación de la corriente de cortocircuito del rotor, puede volver a conectarse para el acoplamiento activo de una corriente de cortocircuito a la red.

Con la disposición de circuito según la invención, en caso de cortocircuito de red, se suministra corriente capacitiva o corriente inductiva al cortocircuito, porque de este modo, según la demanda de los operadores de red, puede estabilizarse la red de manera óptima. Habitualmente se desea una corriente capacitiva para proveer a los consumidores de red inductivos.

Cuando al retornar la tensión de red se desconecta el inversor del rotor y entonces la resistencia regulable asume la sobrecorriente para, tras la atenuación de la sobrecorriente y la desconexión de la resistencia regulada, asumir activamente la corriente del rotor, se evita una posible desconexión o separación de la red del aerogenerador cuando retorna la tensión de red en particular de manera repentina.

De este modo puede cumplirse de manera óptima con las elevadas demandas de red durante el funcionamiento de la turbina eólica equipada con un generador asíncrono para la estabilización de red, porque, a este respecto, en caso de un cortocircuito de la red a nivel de media tensión no se produce ninguna separación de la red. Para ello, en el circuito del rotor se ha integrado por ejemplo una resistencia adicional realizada como resistencia de carga regulable o un circuito en corto (crowbar) , que para ello está dotado de la resistencia adicional, que en el caso de producirse el caso de cortocircuito de la red recibe la energía de cortocircuito del rotor y a continuación, tras la atenuación de la corriente de cortocircuito, se desconecta. La resistencia de carga se regula con un conmutador que puede desconectarse en particular de manera activa que en particular no es un tiristor conmutado de manera natural. El inversor del rotor existente del convertidor de cuatro cuadrantes se desactiva momentáneamente de inmediato tras producirse el cortocircuito de la red y se reactiva tras la atenuación de la operación de compensación de cortocircuito, encontrándose el valor umbral ventajosamente por debajo de una corriente nominal del inversor del rotor, y a continuación, durante el cortocircuito de la red y cuando retorna la tensión de red, alimenta la potencia

necesaria a la red.

A este respecto, ha resultado especialmente ventajosa una variante de la presente invención, en la que la disposición de circuito presenta varias resistencias que pueden conectarse unas en función de otras o independientemente unas de otras. De este modo se consigue que la elevada corriente de cortocircuito del rotor, que a menudo sobrepasa los 1000 A, pueda repartirse entre varios conmutadores, porque estos conmutadores que pueden desconectarse tienen que conectarse en paralelo con mucha complejidad para la corriente total.

También es especialmente ventajosa una disposición de circuito con un regulador de dos posiciones, para la regulación de la resistencia adicional, porque de este modo puede establecerse una regulación muy sencilla, rápida y robusta.

A este respecto ha resultado especialmente conveniente otra variante en la que la regulación del conmutador activo se produce con una modulación de ancho de pulso con una frecuencia de reloj fija, porque de este modo puede producirse una regulación digital con una frecuencia de reloj fija.

Además también es especialmente prometedor que la regulación del conmutador activo se produzca con un regulador P, regulador PI o regulador PID. De este modo se consigue que al producirse el cortocircuito de la red, la corriente de cortocircuito del rotor o la tensión de borne del rotor puedan regularse de manera óptima.

Además, según una configuración adicional especialmente ventajosa en el circuito del estator se integra momentáneamente una impedancia adicional para limitar la corriente del estator y del rotor. Mediante la integración a demanda de la impedancia adicional puede limitarse la corriente del estator y del rotor cuando retorna la tensión de red.

También es especialmente conveniente una forma de realización, en la que en el circuito del estator, en paralelo a la impedancia adicional, está colocado un contactor rápido para, de este modo, puentear la impedancia adicional en el funcionamiento normal y no generar pérdidas.

Además también es especialmente prometedor que en el circuito del estator, en paralelo a la resistencia, esté colocado al menos un tiristor con conmutación natural. De este modo se consigue que, en comparación con los conmutadores que pueden desconectarse... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Aerogenerador de velocidad variable que comprende una disposición de circuito con un generador asíncrono de doble alimentación, una resistencia adicional y un convertidor con un inversor del rotor, en el que la disposición de circuito incluye un conmutador (V15) y medios para regular el funcionamiento de la resistencia adicional (R15) , de modo que el inversor del rotor puede desconectarse provisionalmente en caso de cortocircuito de red y la corriente del rotor puede asumirla momentáneamente la resistencia adicional, caracterizado por que el inversor del rotor, tras la atenuación de la corriente de cortocircuito del rotor, puede volver a conectarse para el acoplamiento activo de una corriente de cortocircuito a la red, porque la disposición de circuito está configurada de tal modo que, en caso de un cortocircuito de la red, se proporciona al cortocircuito por el aerogenerador una corriente capacitiva o una corriente inductiva, y por que el inversor del rotor también puede desconectarse cuando retorna la tensión de red, para entonces asumir una sobrecorriente por la resistencia adicional (R15) , y tras la atenuación de esta sobrecorriente la resistencia adicional (R15) puede desconectarse y la corriente del rotor puede asumirla el inversor del rotor.

2. Aerogenerador según la reivindicación 1, caracterizado por que puede conectarse el convertidor tras la atenuación de la corriente de cortocircuito del rotor por debajo de una corriente nominal del inversor del rotor.

3. Aerogenerador según las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado por que la disposición de circuito presenta varias resistencias (R15) que pueden conectarse unas en función de otras o independientemente unas de otras.

4. Aerogenerador según al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por un regulador de dos posiciones para la regulación de la resistencia adicional (R15) .

5. Aerogenerador según al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la regulación del conmutador (V15) se produce con una modulación de ancho de pulso con una frecuencia de reloj fija.

6. Aerogenerador según al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la resistencia 25 adicional (R15) está realizada como componente de un crowbar.

7. Aerogenerador según la reivindicación 6, caracterizado por que el conmutador (V15) es un conmutador de conmutación forzada y los medios para el control del funcionamiento del crowbar están configurados para conmutar el conmutador (V15) .

8. Aerogenerador según la reivindicación 6 ó 7, caracterizado por que el conmutador de crowbar (V15) se 30 controla directamente con la tarjeta de control del convertidor.

9. Aerogenerador según al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que en el circuito del estator se integra momentáneamente una impedancia adicional (R20) para limitar la corriente del estator y del rotor.

10. Aerogenerador según al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que en el circuito 35 del estator, en paralelo a la resistencia (R20) , está colocado un contactor rápido (K20) .

11. Aerogenerador según al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que en el circuito del estator, en paralelo a la resistencia (R20) , está colocado al menos un tiristor con conmutación natural.

12. Aerogenerador según al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la resistencia adicional (R15) está dispuesta en el circuito intermedio del convertidor.

13. Aerogenerador según al menos una de las reivindicaciones 6 a 10, caracterizado por que tanto en el crowbar como en el circuito intermedio del convertidor está dispuesta una resistencia adicional (R15) .

14. Procedimiento para hacer funcionar un aerogenerador de velocidad variable que comprende una disposición de circuito con un generador asíncrono de doble alimentación, una resistencia adicional (R15) y un convertidor con un inversor del rotor, en el que la disposición de circuito incluye un conmutador (V15) y 45 medios para regular el funcionamiento de la resistencia adicional (R15) , de modo que el inversor del rotor puede desconectarse provisionalmente en caso de cortocircuito de red y la corriente del rotor puede asumirla momentáneamente la resistencia adicional (R15) , caracterizado por que el inversor del rotor, tras la atenuación de la corriente de cortocircuito del rotor, puede volver a conectarse para el acoplamiento activo de una corriente de cortocircuito a la red, porque en el aerogenerador en caso de un cortocircuito de 50 la red se proporciona al cortocircuito por la disposición de circuito una corriente capacitiva o una corriente inductiva y por que el inversor del rotor se desconecta cuando retorna la tensión de red, para asumir una sobrecorriente por la resistencia adicional (R15) , y por que tras la atenuación de esta sobrecorriente se desconecta la resistencia adicional (R15) y la corriente del rotor la asume el inversor del rotor.

15. Procedimiento según la reivindicación 14, caracterizado por que la resistencia adicional (R15) se regula por 6

un conmutador (V15) .

16. Procedimiento según la reivindicación 15, caracterizado por que el conmutador (V15) se regula por un regulador de dos posiciones.

17. Procedimiento según una de las reivindicaciones 14 a 16, caracterizado por que el conmutador (V15) se regula por una modulación de ancho de pulso con una frecuencia de reloj fijada.