Instalación de energía eólica y procedimiento para su funcionamiento.

Procedimiento para operar una instalación de energía eólica conectada a una red (2) para la distribución de energía eléctrica,

comprendiendo dicha instalación de energía eólica al menos un generador (1) de energía eólica, estando relacionada dicha instalación de energía eólica con dicha red para la inyección de potencia en dicha red, teniendo dicha red una frecuencia (fn) de red nominal y estando dispuesta dicha red para operar a dicha frecuencia de red nominal, comprendiendo dicho procedimiento controlar la potencia activa que se inyecta en dicha red desde dicha instalación de energía eólica a la vista de una frecuencia (fa) de red real medida a la que la red está operando, comprendiendo dicho procedimiento las etapas de reducir la potencia activa inyectada en la red, en función de la frecuencia de red real, si dicha frecuencia de red real aumenta más allá de un primer valor (f1) umbral superior de frecuencia de red, y detener la inyección de potencia activa en la red si dicha frecuencia de red real aumenta más allá de un segundo valor (f2) umbral superior de frecuencia de red mayor que dicho primer valor (f1) umbral superior de frecuencia,

caracterizado porque

una vez que dicha frecuencia de red real haya aumentado más allá de dicho segundo valor (f2) umbral superior de frecuencia de red, no se reanuda la inyección de potencia activa en la red hasta que la frecuencia de red real haya disminuido por debajo de un tercer valor (f3) umbral superior de frecuencia menor que dicho segundo valor (f2) umbral superior de frecuencia.

INSTALACION DE ENERGIA EOLlCA y PROCEDIMIENTO PARA SU FUNCIONAMIENTO

Campo de la invención La presente invención se refiere al campo de sistemas y dispositivos de energía eólica y, más específicamente, al control de la manera en la que se suministra la energía generada por tales sistemas y dispositivos a una malla o red para la distribución de la energía.

Estado de la técnica Los sistemas e instalaciones de energía eólica incluyen uno o más generadores o turbinas de energía eólica dispuestos para producir energía eléctrica mediante la rotación inducida por el viento. Esta energía eléctrica, generada por uno o más de estos generadores (por ejemplo, por varios generadores que forman parte de o constituyen un denominado "parque eólico") , se suministra a una malla o red para la distribución de la energía. Normalmente, un gran número de generadores de energía eléctrica están conectados a la misma red, y normalmente varios consumidores de energía están también conectados a la red.

Con el fin de mantener sustancialmente constantes la tensión y frecuencia en la red, es importante que la entrada de potencia a la red en cada momento sea sustancialmente igual a la potencia que se consume. Por tanto, la generación de potencia (incluyendo la potencia generada por los generadores individuales o turbinas eólicas y/o por uno o más parques eólicos considerados como un todo) tiene que controlarse y modificarse según el consumo.

Un problema con la energía eólica, en comparación con otros tipos de generación de energía eléctrica tal como la generación de energía hidroeléctrica, energía nuclear, etc. es que el viento también tiende a fluctuar demasiado también a corto plazo. Si la energía eólica sólo representa una proporción muy pequeña de la energía que se introduce a una red, estas variaciones pueden no ser muy relevantes para el rendimiento general de la red. Sin embargo, puesto que la energía eólica ha crecido en popularidad y ahora constituye una parte sustancial de la energía eléctrica total que se inyecta en la red, la regulación acerca de la manera en la se inyecta y suministra la energía eólica a la red (mediante turbinas eólicas individuales ylo mediante parques eólicos considerados como un todo) se ha vuelto cada vez más importante. Un gran número de patentes, solicitudes de patentes y otros documentos enseñan diferentes maneras de controlar el suministro de energía eólica a la red.

Un ejemplo de una solicitud de patente de este tipo es el documento DEA1-102005052011 (E.ON Netz GmbH) que describe cómo se varía la potencia activa inyectada en la red desde una instalación de energía eólica según una fórmula especificada, relacionada con la frecuencia en la red. Normalmente, una red está dispuesta para operar a una frecuencia preestablecida, por ejemplo, en la práctica, de 50 Hz ó 60 Hz. Con el fin de mantener la frecuencia de red real a esta frecuencia nominal, la inyección de potencia en la red debería ser igual al consumo. Cuando se consume más potencia activa de la que se inyecta en la red, la frecuencia de red real o instantánea tiende a bajar. Cuando se inyecta más potencia activa a la red de la que se consume, la frecuencia de red real tiende a subir. Las mallas o redes, así como los aparatos e instalaciones conectados a las mismas para la inyección ylo consumo de potencia activa, están diseñadas normalmente para tolerar desviaciones menores de la frecuencia nominal. Sin embargo, desviaciones importantes pueden tener efectos negativos en el funcionamiento de la red y en los dispositivos conectados a la red.

Puesto que la energía eólica se está convirtiendo en una fuente de energía importante y puesto que la potencia generada mediante turbinas eólicas que se inyecta en la red se está convirtiendo en una parte importante de la potencia activa total inyectada en la red, es importante controlar las instalaciones de energía eólica para que contribuyan a la estabilidad de la red o, al menos, para que contribuyan lo menos posible a la inestabilidad de la red.

Tal como se mencionó en el documento DE-A1-102005052011, una solicitud anterior, el documento DE-A1-10022974 (Aloys Wobben) , ya propuso una reducción de la potencia activa cuando la frecuencia de red real aumentase más allá de un límite de frecuencia de red que fuese el 0, 3% por encima de la frecuencia de red nominal. Además, el documento DE-A 110022974 dio a conocer que no debería inyectarse potencia en la red cuando la frecuencia de red real estuviese un 2% por encima de la frecuencia de red nominal. Se mencionó un controlador, pero no se dio a conocer exactamente cómo debería operar.

El documento DE-A1-102005052011 propone que cuando la tensión de red real aumenta más allá de 50, 2 Hz, la potencia activa debería reducirse dinámicamente según la fórmula l1P =20 PM [ (50, 2 Hz -fred) ] / 50 Hz,

en la que l1P es la reducción en la potencia P activa inyectada en %,

PM es la potencia activa que se inyecta actualmente en la red, y

Fred es la frecuencia de red real.

Se establece que la regulación tiene lugar sólo dentro de un intervalo de frecuencia desde 50, 2 Hz y hasta 51, 5 Hz incluido. Además, se sugiere que el generador de energía eólica se desconectará automáticamente de la red cuando la frecuencia de red real disminuya por debajo de un límite de frecuencia inferior de 47, 5 Hz y/o aumente más allá de un límite de frecuencia superior de 51, 5 Hz, por lo que dicha desconexión debería ser una desconexión "física". De esta manera, se establece que no existe riesgo de que el generador permanezca conectado a la red cuando la frecuencia de red real alcance valores fuera del intervalo de 47, 5 Hz a 51, 5 Hz mencionado anteriormente.

Descripción de la invención Sin embargo, se ha descubierto que si se supone que la "reconexión" tiene lugar de nuevo tan pronto como la frecuencia de red real vuelva a estar dentro de dicho intervalo de frecuencia de 47, 5 Hz a 51, 5 Hz, podrían producirse problemas. Por ejemplo, si la "reconexión" de una instalación de energía eólica tiene lugar tan pronto como la frecuencia de red real o medida baje desde "justo por encima" de 51, 5 HZ hasta 51, 5 Hz, esta reconexión, y la correspondiente inyección de más potencia activa en la red, podría "empujar" la frecuencia de red real de nuevo más allá de 51, 5 Hz, lo que podría forzar una nueva desconexión de la instalación de la red. El riesgo de que la "reconexión" tenga este efecto es obviamente mayor cuando la instalación tiene una capacidad de potencia alta en relación a la potencia total inyectada en la red, por ejemplo, si la instalación comprende un generador de energía eólica de gran capacidad y/o una gran número de generadores de energía eólica (tal como si la instalación es un parque eólico) , o si varias instalaciones se operan según los mismos "criterios" para la desconexión, en cuyo caso pueden reconectarse al mismo tiempo. Si esto sucede, podría producirse un estado de oscilación, en el que las instalaciones se desconectan repetidamente (cuando la frecuencia aumenta más allá del límite de frecuencia superior) y se reconectan (cuando la frecuencia vuelve a bajar de nuevo a dicho límite de frecuencia superior) . Esto podría dar lugar a un bucle del cual podría ser difícil salir.

Otro problema es que la fórmula descrita anteriormente podría realmente ayudar a evitar o reducir un aumento adicional sustancial de la frecuencia de red real cuando la frecuencia alcanzase el límite de 50, 2 Hz mencionado anteriormente, puesto que cualquier aumento adicional implicará una reducción en la potencia inyectada en la red. Sin embargo, este simple control "P" (proporcional) y control en bucle abierto no ayudarían a hacer volver la frecuencia de red real hacia la frecuencia de red nominal; simplemente ayudarían a estabilizarla a algún nivel mas allá de los 50, 2 Hz.

Es decir, básicamente, tanto el documento DE-A1-102005052011 como el documento DE-A1-10022974 mencionados anteriormente (así como muchos "códigos de red" conocidos de la técnica anterior) se basan en algún tipo de regulación "P" (proporcional) o también en algún control en bucle abierto con una ganancia P fija que puede, al menos en algunos casos, ayudar a reducir la contribución de una instalación de energía eólica a un aumento adicional de la frecuencia de red real, pero que puede ser insuficiente para hacer volver la frecuencia de red real hacia la frecuencia de red nominal. Quizá esto se deba a que tradicionalmente se ha considerado que la tarea de hacer volver la frecuencia de red hacia la frecuencia real no es un tarea que deba resolverse con la ayuda de las instalaciones de energía eólica, sino que es una tarea que... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para operar una instalación de energía eólica conectada a una red (2) para la distribución de energía eléctrica, comprendiendo dicha instalación de energía eólica al menos un generador (1) de energía eólica, estando relacionada dicha instalación de energía eólica con dicha red para la inyección de potencia en dicha red, teniendo dicha red una frecuencia (fn) de red nominal y estando dispuesta dicha red para operar a dicha frecuencia de red nominal, comprendiendo dicho procedimiento controlar la potencia activa que se inyecta en dicha red desde dicha instalación de energía eólica a la vista de una frecuencia (fa) de red real medida a la que la red está operando, comprendiendo dicho procedimiento las etapas de reducir la potencia activa inyectada en la red, en función de la frecuencia de red real, si dicha frecuencia de red real aumenta más allá de un primer valor (f1) umbral superior de frecuencia de red, y

detener la inyección de potencia activa en la red si dicha frecuencia de red real aumenta más allá de un segundo valor (f2) umbral

superior de frecuencia de red mayor que dicho primer valor (f1)

umbral superior de frecuencia,

caracterizado porque una vez que dicha frecuencia de red real haya aumentado más allá de dicho segundo valor (f2) umbral superior de frecuencia de red, no se reanuda la inyección de potencia activa en la red hasta que la frecuencia de red real haya disminuido por debajo de un tercer valor (f3) umbral superior de frecuencia menor que dicho segundo valor (f2) umbral superior de frecuencia 2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que dicho procedimiento comprende además las etapas de reducir la potencia activa inyectada en la red, en función de la frecuencia de red real, si dicha frecuencia de red real disminuye por debajo de un primer valor (f4) umbral inferior de frecuencia de red, y

detener la inyección de potencia activa en la red si dicha frecuencia de red real disminuye por debajo de un segundo valor (fs) umbral inferior de frecuencia de red menor que dicho primer valor (f4) umbral inferior de frecuencia, en el que, una vez que dicha frecuencia de red real haya disminuido por debajo de dicho segundo valor (fs) umbral inferior de frecuencia de red, no se reanuda la inyección de potencia activa en la red hasta que la frecuencia de red real haya aumentado más allá de un tercer valor (f6) umbral inferior de frecuencia mayor que dicho segundo valor (fs) umbral inferior de frecuencia.

3. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que dicho procedimiento comprende además la etapa de aumentar la potencia activa inyectada en la red, en función de la frecuencia de red real, si dicha frecuencia de red real disminuye por debajo de un primer valor (f4) umbral inferior de frecuencia de red.

4. Procedimiento según la reivindicación 3, que comprende además la etapa de detener la inyección de potencia activa en la red si dicha frecuencia de red real disminuye por debajo de un segundo valor (fs) umbral inferior de frecuencia de red menor que dicho primer valor (f4) umbral inferior de frecuencia, en el que, una vez que dicha frecuencia de red real haya disminuido por debajo de dicho segundo valor (fs) umbral inferior de frecuencia de red, no se reanuda la inyección de potencia activa en la red hasta que la frecuencia de red real haya aumentado más allá de un tercer valor (f6) umbral inferior de frecuencia mayor que dicho segundo valor (fs) umbral inferior de frecuencia.

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