Procedimiento para el funcionamiento de una instalación de energía eólica.

Procedimiento para el funcionamiento de una instalación de energía eólica a velocidad de giro variable

, conectable en una red, con un rotor con velocidad de giro variable, un regulador de momento, un regulador de ángulo de ataque de pala y un convertidor principal, en el que la conexión de la instalación de energía eólica se realiza mediante conmutación del convertidor principal en la red y antes de la conexión de la instalación de energía eólica se regula la velocidad de giro del rotor mediante variación del ángulo de ataque de pala, caracterizado porque se predetermina un ángulo de ataque de pala mínimo Φarranque constante que es mayor que un ángulo de ataque de pala optimizado para el rango de carga parcial, durante el arranque de la instalación de energía eólica, el ángulo de ataque de pala se reduce de forma continua partiendo de un ángulo de ataque de pala máximo Φmáx y no se queda por debajo del ángulo de ataque de pala mínimo Φarranque antes de la conexión.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E06024888.

Solicitante: NORDEX ENERGY GMBH.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: Langenhorner Chaussee 600 22419 Hamburg ALEMANIA.

Inventor/es: Richter,Kay, KABATZKE,WOLFGANG.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MAQUINAS O MOTORES DE LIQUIDOS; MOTORES DE VIENTO,... > MOTORES DE VIENTO > Control de los motores de viento (alimentación o... > F03D7/02 (teniendo los motores de viento el eje de rotación dispuesto sustancialmente paralelo al flujo de aire que entra al rotor)
  • 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)

PDF original: ES-2545535_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Procedimiento para el funcionamiento de una instalación de energía eólica.

La invención se refiere a un procedimiento para la regulación de la velocidad de giro de una instalación de energía eólica a velocidad de giro variable mediante la variación del ángulo de ataque de pala y del momento para el proceso de conexión en la red. La instalación de energía eólica dispone para ello de un regulador de momento y un regulador de ángulo de ataque de pala.

Se conocen las instalaciones de energía eólica a velocidad de giro variable con regulador de momento y de ángulo de ataque de pala. En la regulación del ángulo de ataque de pala, cada pala de rotor se regula alrededor de su eje longitudinal en su ángulo de ataque de pala. En el caso de ángulos de ataque de pala diferentes la pala de rotor absorbe cada vez otro momento del viento.

Para el control / la regulación de las instalaciones de energía eólica se conoce diferenciar entre dos modos de funcionamiento. El primer modo de funcionamiento se designa como funcionamiento con carga parcial, en el que se realiza una regulación de la velocidad de giro a través de la especificación de un par de fuerzas. El segundo modo de funcionamiento es el funcionamiento a plena carga, en el que se realiza una regulación de la velocidad de giro a través de una regulación del ángulo de ataque.

Para obtener un aprovechamiento óptimo de la potencia con la instalación de energía eólica, la velocidad de giro de la instalación se ajusta en el rango de carga parcial a la relación óptima entre velocidad periférica del rotor y velocidad del viento (ópt) . Las palas de rotor están ajustadas en este caso a un ángulo de pala que genera el momento de accionamiento más elevado para el árbol del rotor. La velocidad de giro del rotor se ajusta en el rango de carga parcial a través del momento antagónico generado en el generador y/o convertidor.

Si con la velocidad nominal se ha alcanzado el momento antagónico máximo en el generador, entonces mediante el aumento posterior del momento del generador no se puede mantener la velocidad de giro más tiempo en el punto de trabajo. Entonces se evita una sobrecarga del sistema en tanto que se empeora la eficiencia aerodinámica de las palas y éstas se sacan del ángulo de ataque óptimo. La velocidad de giro del rotor se influye por consiguiente después de alcanzar el momento del generador máximo a través del ángulo de ataque de las palas.

Para poder hacer funcionar una instalación de energía eólica en el funcionamiento con carga parcial o a plena carga explicado, la instalación se debe conectar en primer lugar a la red. Anteriormente en el generador no se puede generar un par de fuerzas antagónico, ya que no se pueden imbuir corrientes en el generador sin unión a la red. Antes de la conexión el rotor de la instalación de energía eólica se gira por en general de forma libre, con la conexión se establece una unión eléctrica con la red y comienza una excitación de la instalación de energía eólica para la alimentación de potencia eléctrica a la red.

Para el proceso de conexión se requiere una cierta velocidad de giro mínima del generador acoplado con el rotor, la así denominada velocidad de giro de sincronización nsinc.

Por el documento EP 1 007 844 B1 se conoce una instalación de energía eólica a velocidad de giro variable que posee un generador de inducción con rotor bobinado. Para la gestión del funcionamiento, en la instalación de 45 energía eólica conocida se conoce un control del par de fuerzas y un control para el ángulo de ataque de pala que funciona independientemente del control del par de fuerzas.

En la instalación de energía eólica conocida, la regulación del ángulo de ataque de pala ajusta por debajo de una velocidad de giro determinada muy baja del generador, que se sitúa muy por debajo de la velocidad de giro de 50 sincronización, un gran ángulo de ataque de pala de, por ejemplo, 25º. De este modo se consigue que también en el caso de velocidades de giro muy bajas del rotor se absorba un momento suficiente del viento para poner en marcha el rotor. En cuanto se alcanza la velocidad de giro predeterminada muy baja del generador, se ajusta un ángulo de ataque de pala que se corresponde con el ángulo de ataque óptimo para el funcionamiento en el rango de carga parcial.

En aquel rango de velocidad de giro en el que tiene lugar el proceso de conexión, en la instalación de energía eólica conocida no está prevista por lo tanto una regulación de la velocidad de giro a través del ángulo de ataque de pala, dado que el ángulo de ataque de pala ya ha adoptado un valor fijo, optimizado para el rango de carga parcial. Dado que antes de la conexión no es posible una influencia de la velocidad de giro mediante la especificación de un

momento en el generador, no se regula en absoluto la velocidad de giro antes de la conexión.

Por el documento GB 2 023 237A se ha conocido un procedimiento para el funcionamiento de una instalación de energía eólica hecha funcionar a velocidad de giro fija con un generador síncrono directamente acoplado a la red. Lo 5 mismo es válido para el documento EP 0 008 584 A1 que tiene su origen en el mismo solicitante.

Por el libro de texto "Windenergieanlagen - Systemauslegung, Netzintegration und Regelung [Instalaciones de energía eólica - Diseño del sistema, integración de red y regulación]" de Siegfried Heier, 4ª edición 2005 se ha conocido un procedimiento para el funcionamiento de una instalación de energía eólica a velocidad de giro variable con las características del preámbulo de la reivindicación 1.

Partiendo de ello el objetivo de la invención es especificar un procedimiento para el funcionamiento de una instalación de energía eólica que mejore el proceso de conexión.

El objetivo se resuelve mediante un procedimiento para el funcionamiento de una instalación de energía eólica conectable en una red con un rotor con velocidad de giro variable, un regulador de momento y un regulador de ángulo de ataque de pala, en el que antes de la conexión de la instalación de energía eólica se regula la velocidad de giro del rotor mediante la variación del ángulo de ataque de pala.

De este modo la velocidad de giro del rotor y del generador acoplado con el rotor se puede estabilizar respecto a un giro libre. El proceso de conexión se facilita ya que se puede evitar tanto un aumento de la velocidad de giro excesivo durante o antes del proceso de conexión, como también una bajada de la velocidad de giro.

Según una configuración se realiza la regulación de la velocidad de giro a una velocidad de giro de sincronización del generador nsinc apropiada para la conexión en la red. De este modo se realiza la estabilización de la velocidad de giro del generador en un rango apropiado para el proceso de conexión o especialmente preferido.

En una configuración preferida, la regulación de la velocidad de giro sólo comienza después de que se ha sobrepasado una velocidad de giro de sincronización nsinc. De este modo el ángulo de ataque de pala se puede seleccionar libremente por la regulación por debajo de la velocidad de giro de sincronización nsinc. Simultáneamente la regulación del ángulo de ataque de pala afectada con un cierto consumo de energía sólo se requiere luego cuando se ha alcanzado realmente la velocidad de giro requerida para la conexión.

En la invención está previsto reducir continuamente el ángulo de ataque de pala, partiendo de un ángulo de ataque de pala máximo máx, en el arranque de la instalación de energía eólica antes del comienzo de la regulación de la velocidad de giro. De este modo el ángulo de ataque de pala se puede mantener,... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento para el funcionamiento de una instalación de energía eólica a velocidad de giro variable, conectable en una red, con un rotor con velocidad de giro variable, un regulador de momento, un regulador 5 de ángulo de ataque de pala y un convertidor principal, en el que la conexión de la instalación de energía eólica se realiza mediante conmutación del convertidor principal en la red y antes de la conexión de la instalación de energía eólica se regula la velocidad de giro del rotor mediante variación del ángulo de ataque de pala, caracterizado porque se predetermina un ángulo de ataque de pala mínimo arranque constante que es mayor que un ángulo de ataque de pala optimizado para el rango de carga parcial, durante el arranque de la instalación de energía eólica, el ángulo de ataque de pala se reduce de forma continua partiendo de un ángulo de ataque de pala máximo máx y no se queda por debajo del ángulo de ataque de pala mínimo arranque antes de la conexión.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la regulación de la velocidad de giro se realiza a una velocidad de giro de sincronización del generador nsinc apropiada para la conexión en la red. 15

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la regulación de la velocidad de giro comienza después de la que se ha sobrepasado una velocidad de giro de sincronización nsinc.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la reducción del ángulo 20 de ataque de pala se realiza en función de la velocidad de giro.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la reducción del ángulo de ataque de pala se efectúa hasta el ángulo de ataque de pala mínimo arranque.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el ángulo de ataque de pala mínimo arranque depende de la velocidad del viento.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque después de la conexión el ángulo de ataque de pala queda por debajo del ángulo de ataque de pala mínimo arranque. 30

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque después de la conexión se hace funcionar simultáneamente el regulador de ángulo de ataque de pala y el regulador de momento.