Control de tensión para parque eólico.

Sistema de control de generador de turbina eólica que comprende:

un regulador de potencia reactiva (240) para controlar la producción de potencia reactiva por el generadorde turbina eólica, ajustando el punto de consigna de tensión a un regulador de tensión (270), teniendo elregulador de potencia reactiva (240) una primera constante de tiempo, y

estando el regulador de tensión (270) acoplado con el regulador de potencia reactiva (240) para controlar laproducción real de potencia por uno o más generadores de turbinas eólicas (110), teniendo el regulador detensión (270) una segunda constante de tiempo, en el que la primera constante de tiempo esnuméricamente mayor que la segunda constante de tiempo.

Control de tensión para parque eólico La invención se refiere a generadores de turbinas eólicas. Más particularmente, la invención se refiere a sistemas de control de tensión y las técnicas para su uso con generadores de turbinas eólicas que tienen el control continuo de la potencia reactiva para al menos parte de la función de compensación de potencia reactiva, véase el documento WO03/030329 A1.

La generación de energía eólica típicamente se proporciona en una "granja" eólica de un gran número (con frecuencia 100 o más) de generadores de turbinas eólicas. Los generadores de turbinas eólicas individuales pueden proporcionar beneficios importantes para el funcionamiento del sistema de potencia. Estos beneficios están relacionados con la mitigación de la fluctuación de la tensión causado por las ráfagas de viento y la mitigación de las desviaciones de tensión causadas por eventos externos.

En un escenario de granja eólica cada generador de turbina eólica puede experimentar una fuerza de viento única. Por lo tanto, cada generador de turbina eólica puede incluir un controlador local para controlar la respuesta a las ráfagas de viento y otros eventos externos. El control de la granja eólica de la técnica anterior se ha basado en una de dos arquitecturas: control local con el factor de potencia constante y control a nivel de granja en el control rápido de tensión, o el control local en control de tensión constante sin control a nivel de granja.

Ambas arquitecturas de control de la técnica anterior sufren de desventajas. El control local con un factor de potencia constante y el control a nivel de granja en el control rápido de tensión, requieren comunicaciones rápidas con acción agresiva desde el nivel de granja al nivel local. Si el control a nivel de granja está inactivo, el control local puede agravar la fluctuación de la tensión. Con el control de tensión constante en cada generador, la operación de estado estacionario varía significativamente con pequeñas desviaciones de la carga en la red de transmisión. Esto hace que los generadores de turbinas eólicas encuentren límites en operación de estado estacionario que impiden una respuesta a las perturbaciones -que resulta en una pérdida de regulación de la tensión. Dado que la corriente reactiva es mayor de lo necesario durante este modo de operación, la eficiencia general de los generadores de turbinas eólicas disminuye.

De acuerdo con la presente invención, se proporciona un sistema de control de generador de turbina eólica que comprende: un regulador de potencia reactiva para controlar la producción de potencia reactiva por el generador de turbina eólica ajustando un punto de consigna de tensión a un regulador de tensión, teniendo el regulador de potencia reactiva una primera constante de tiempo; y un regulador de tensión acoplado con el controlador de potencia reactiva para controlar la producción real de potencia por uno o más generadores de turbinas eólicas, teniendo el regulador de tensión una segunda constante de tiempo, en el que la primera constante de tiempo es numéricamente mayor que la segunda constante de tiempo.

La invención se ilustra a modo de ejemplo, y no a modo de limitación, en las figuras de los dibujos adjuntos en los que números de referencia iguales se refieren a elementos similares, y en los que:

La figura 1 es un diagrama de bloques de una granja eólica que tiene múltiples generadores de turbinas eólicas acoplados con una red de transmisión.

La figura 2 es un diagrama de control de una forma de realización de un sistema de control de generador de turbina eólica.

La figura 3 es un diagrama de flujo de una realización de operación de un sistema de control de turbina eólica.

La figura 4 es un conjunto de ejemplo de las formas de onda que corresponde a un control local de la técnica anterior con el factor de potencia constante y sin control a nivel de la granja eólica.

La figura 5 es un conjunto de ejemplo de las formas de onda que corresponde a un control local de la técnica con un factor de potencia constante y control a nivel de granja eólica en control rápido de tensión.

La Figura 6 es un conjunto de ejemplo de formas de onda correspondiente al control local de un generador de turbina eólica que tiene un controlador como se describe en la figura 2, sin control a nivel de granja eólica.

La figura 7 es un conjunto de ejemplo de formas de onda correspondiente al control local en un generador de turbina eólica que tiene un controlador como se describe en la figura 2, con control a nivel de granja eólica.

Un sistema de control del generador de turbina eólica incluye la regulación relativamente rápida de la tensión de los generadores individuales con regulación de potencia reactiva general relativamente lenta en una subestación o a 2 10

nivel de granja eólica. El regulador de potencia reactiva relativamente lento ajusta el punto de consigna del regulador de tensión relativamente rápido. La regulación rápida de tensión puede estar en los terminales del generador o en un punto remoto sintetizado (por ejemplo, entre los terminales del generador y el bus colector) . Los controladores de potencia reactiva de la técnica anterior están diseñados con constantes de tiempo de valor numérico menor que las utilizadas en el diseño de regulador de tensión. Eso es, en la técnica anterior, el bucle de control de tensión reactiva está dentro del bucle de control de voltaje, lo que resulta en un sistema menos estable que el que se describe en este documento.

La figura 1 es un diagrama de bloques de una granja eólica que tiene múltiples generadores de turbinas eólicas acopladas con una red de transmisión. La figura 1 ilustra sólo tres generadores eólicos, sin embargo, cualquier número de generadores eólicos puede ser incluido en una granja eólica.

Cada generador de turbina eólica 110 incluye un controlador local que es sensible a las condiciones del generador de turbina eólica que se controla. En una forma de realización, el controlador para cada de generador de turbina eólica detecta sólo la tensión y la corriente del terminal (a través de transformadores de potencial y de corriente) . El voltaje y la corriente detectada se utilizan por el controlador local para proporcionar una respuesta apropiada para hacer que el generador de turbina eólica proporcione la potencia reactiva y la tensión deseada. Un diagrama de sistema de control correspondiente a una forma de realización de un controlador de generador de turbina eólica se describe con mayor detalle a continuación con respecto a la figura 2.

Cada generador de turbina eólica 110 está acoplado al bus colector 120 a través de transformadores de conexión del generador 115 para proporcionar potencia real y reactiva (con la etiqueta Pwg yQwg, respectivamente) al bus colector 120. Los transformadores de conexión del generador y buses colectores son conocidos en la técnica.

La granja eólica 100 proporciona una salida de potencia activa y reactiva (marcada Pwf yQwf, respectivamente) a través del transformador principal de la granja eólica 130. El controlador a nivel de granja 150 detecta la salida del parque eólico, así como la tensión en el punto de acoplamiento común 140 para proporcionar un comando de potencia reactiva a nivel de granja (Nivel de granja Q Cmd) 155. En una realización, el controlador a nivel de granja 150 proporciona un único comando de potencia reactiva a todos los aerogeneradores de la granja eólica 100. En realizaciones alternativas, el controlador a nivel de granja 150 proporciona varios comandos para subconjuntos de generadores eólicos de la granja eólica 100. Los comandos de subconjuntos de generadores de turbinas eólicas se pueden basar en, por ejemplo, la información adicional relacionada con las condiciones de funcionamiento de uno o más generadores de turbinas eólicas.

El sistema de control de la figura 2 proporciona una estructura de control mejorada que implica tanto el control a nivel local como de granja para superar las desventajas de las arquitecturas de control de la técnica anterior descritas anteriormente. El sistema de control de la figura 2 elimina la necesidad de un control rápido y agresivo desde el nivel de la granja eólica. Se proporciona la respuesta mejorada si el control a nivel de granja está fuera de servicio. Además, se logra la operación de estado estacionario eficiente, mientras que la respuesta dinámica del sistema se mantiene muy por dentro del conjunto de límites.

La figura 2 es un diagrama de sistema de control correspondiente a una forma de realización de un sistema de control de generador de turbina eólica. En una forma de realización, el... [Seguir leyendo]

1. Sistema de control de generador de turbina eólica que comprende:

un regulador de potencia reactiva (240) para controlar la producción de potencia reactiva por el generador de turbina eólica, ajustando el punto de consigna de tensión a un regulador de tensión (270) , teniendo el regulador de potencia reactiva (240) una primera constante de tiempo, y

estando el regulador de tensión (270) acoplado con el regulador de potencia reactiva (240) para controlar la producción real de potencia por uno o más generadores de turbinas eólicas (110) , teniendo el regulador de tensión (270) una segunda constante de tiempo, en el que la primera constante de tiempo es numéricamente mayor que la segunda constante de tiempo.

2. Sistema de control de generador de turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 1, en el que una señal de entrada al regulador de potencia reactiva (235) comprende una señal de error que indica una diferencia entre un comando limitado a un rango predeterminado en base a la capacidad de potencia reactiva (230) del generador y una señal que indica la potencia reactiva medida (210) .

3. Sistema de control de generador de turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 1, en el que una señal de salida desde el regulador de potencia reactiva (250) está limitada a un rango predeterminado definido por límites superior (242) e inferior (244) en base a la tensión terminal del generador.

4. Sistema de control de generador de turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 1, en el que una señal de entrada al regulador de tensión (270) comprende una señal de error que indica una diferencia entre una señal de salida desde el regulador de potencia reactiva limitado a un intervalo predeterminado definido por un límite superior y uno inferior en base a los valores nominales y/o puntos de consigna de operación (250) del convertidor y una señal que indica la tensión terminal medida (255) , en el que la señal de salida del regulador de tensión (280) determina una corriente a suministrar al generador.

5. Procedimiento que comprende:

recibir un comando (200) de potencia reactiva;

determinar un punto de consigna de tensión en base al comando de potencia reactiva (230) , en el que el punto de consigna de tensión está limitado a un rango de límites superior (222) e inferior (224) en base a la tensión terminal del generador;

determinar un comando (280) de corriente del rotor para el generador de turbina eólica en respuesta a la tensión de consigna, en el que el comando de corriente del rotor está limitado a un rango en base a una corriente nominal del generador de turbina eólica y una salida de potencia real contemporáneas;

transmitir el comando de corriente del rotor a un controlador del rotor del generador de turbina eólica, y

generar una potencia real y reactiva sobre en base al comando de corriente del rotor.

6. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 5, en el que el punto de consigna de tensión basado en el comando de potencia reactiva está determinado por un regulador de potencia reactiva (240) .

7. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 5, en el que un punto de consigna de tensión basado en el comando de potencia reactiva comprende generar, con un regulador de potencia reactiva (240) , un punto de consigna de tensión (250) a transmitir a un regulador de tensión (270) .

8. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 7, en el que la constante de tiempo del regulador de tensión (270) es numéricamente menor que la constante de tiempo del regulador de potencia reactiva (240) .

9. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 5, en el que la recepción del comando (200) de potencia reactiva comprende recibir un comando de potencia reactiva a nivel de granja de un controlador a nivel de granja que transmite comandos de potencia reactiva a múltiples generadores de turbinas eólicas.

10. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 5, en el que la recepción del comando (200) de potencia reactiva comprende recibir un comando de potencia reactiva localmente a partir de una fuente que proporciona un comando de potencia reactiva para un solo generador de turbina eólica.