Control del rendimiento eléctrico de un parque eólico.

Un procedimiento de control del rendimiento eléctrico de un parque eólico (2), comprendiendo el parque eólico

(2) turbinas eólicas (1), controladores locales de las turbinas eólicas (14), un controlador central del parque eólico (22), un punto de medición común (4), y una red eléctrica (17) que conecta las turbinas eólicas (1) y el punto de medición común (4), en el que las conexiones de red (7) entre las turbinas eólicas (1) y el punto de medición común (4) tienen impedancias eléctricas (20);

llevándose a cabo el procedimiento conjuntamente por las turbinas eólicas (1) con sus controladores locales de las turbinas eólicas (14) y el controlador central del parque eólico (22), comprendiendo el procedimiento: producir corrientes eléctricas por las turbinas eólicas (1), y suministrar las corrientes eléctricas a la red eléctrica (17); medir un valor de una cantidad eléctrica (V, Q) en el punto de medición común (4) y proporcionar el resultado de la medición al controlador central del parque eólico (22);

generar, por el controlador central del parque eólico (22), por lo menos uno de un valor de referencia de tensión (Vref) y un valor de referencia de potencia reactiva (Qref) para una turbina eólica (1), basándose en el valor medido de la cantidad eléctrica en el punto de medición común (4), y proporcionar el por lo menos uno de un valor de referencia de tensión (Vref) y un valor de referencia de potencia reactiva (Qref) al controlador local de la turbina eólica (14) de la turbina eólica (1);

provocar, mediante el controlador local de la turbina eólica (14), que la turbina eólica (1) produzca por lo menos una de una tensión (V) y una potencia reactiva (Q) en la red eléctrica (17) en la posición de la turbina eólica (1) que corresponde al por lo menos uno de un valor de referencia de tensión (Vref) y un valor de referencia de potencia reactiva (Qref), pero que está corregido por una corrección local (52) producida por el controlador local de la turbina eólica (14);

en el que la corrección local (52), toma en consideración por lo menos uno de un cambio de tensión y un cambio de potencia reactiva esperados en el punto de medición común (4) para la corriente eléctrica suministrada por la turbina eólica (1) debido a la impedancia eléctrica (20) de la conexión de red (7) entre la turbina eólica (1) y el punto de medición común (4), tomada en consideración dicha corriente eléctrica por la corrección (52) que se determina localmente en la turbina eólica (1).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/DK2011/050324.

Solicitante: VESTAS WIND SYSTEMS A/S.

Nacionalidad solicitante: Dinamarca.

Dirección: Hedeager 44 8200 Aarhus N DINAMARCA.

Inventor/es: GARCIA,JORGE MARTINEZ.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA... > CIRCUITOS O SISTEMAS PARA LA ALIMENTACION O DISTRIBUCION... > H02J3/00 (Circuitos para redes principales o de distribución, de corriente alterna)

PDF original: ES-2534383_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Control del rendimiento eléctrico de un parque eólico Campo de la invención

La presente invención se refiere a un procedimiento para controlar un rendimiento eléctrico de un parque eólico que, por ejemplo, se realiza conjuntamente mediante turbinas eólicas con sus controladores locales de turbina eólica y un controlador central del parque eólico. La invención se refiere asimismo a un parque eólico con una funcionalidad de control del rendimiento eléctrico.

Antecedentes de la invención

El documento de J. T. G. Pierki et al., Electrical and Control Aspects of Offshore Wind Farms II (Erao II), volumen 2: Offshore wind farm case studies, ENC, 24, capítulo 8, p. 97-118, describe en el contexto de control de tensión en el punto de conexión de un parque eólico que este control se puede conseguir de dos modos: control centralizado, en el que un controlador da puntos de ajuste de potencia reactiva a todas las turbinas eólicas, o control descentralizado, en el que cada turbina eólica tiene su propio controlador, basado en parámetros locales (p. 16/17). En control descentralizado, no hay un controlador central, y los controladores locales de las turbinas eólicas controlan la tensión en los terminales de las turbinas eólicas. El nivel de tensión en el punto de conexión se puede calcular, y la tensión calculada en el punto de conexión se puede controlar (p. 17-19).

El documento CA 2 7 248 A1 (Repower) describe un parque eólico con regulación de tensión. Un controlador del parque eólico (denominado como "maestro del parque") transmite una señal de control para la potencia reactiva a las turbinas eólicas. Un controlador adicional se dispone en las turbinas eólicas. Cuando el controlador adicional identifica una caída de tensión en los terminales de la turbina eólica, no hay necesidad de esperar a la transmisión retrasada de un nuevo valor de la señal de control desde el controlador del parque eólico. En su lugar, se anticipa el cambio necesario en la potencia reactiva. El nuevo valor de la señal de control procedente del controlador del parque eólico que llega más tarde asegura que se consigue una precisión suficiente de estado estacionario.

El documento US 7.66.638 B2 (Repower) describe un parque eólico con un sistema de ajuste de potencia reactiva. Se proporciona un controlador del parque eólico (denominado como un "regulador de alto nivel") y controladores de las turbinas eólicas (denominados como "reguladores de bajo nivel"). El controlador del parque eólico determina una tensión de referencia, con el fin de establecer un coeficiente de potencia global, y lo transmite a los controladores de las turbinas eólicas. La tensión de referencia para cada turbina eólica se puede determinar igualmente de modo Individual para cada turbina eólica para adaptarla a la línea de conexión respectiva con sus parámetros eléctricos. Esta determinación de las tensiones de referencia individuales se realiza centralmente por el controlador del parque eólico. En los controladores de las turbinas eólicas, la tensión de referencia individual se limita mediante un dispositivo de limitación si la tensión de referencia tiene un valor excesivo. La tensión de referencia se controla localmente de modo realimentado por los controladores de las turbinas eólicas, asegurando así que la tensión en las turbinas eólicas corresponde a las tensiones de referencia individuales prescritas por el controlador central del parque eólico.

Un control de tensión similar es conocido del documento EP 217554 A2 que, sin embargo, se refiere a un sistema de múltiples parques eólicos ("central eólica") y a una estructura de control con controladores locales de la central eólica y un controlador superordenado del sistema de la central eólica. Se proporcionan señales para compensar caídas de línea por el controlador superordenado del sistema de la central eólica a los controladores locales de la central eólica.

Resumen de la invención

Se proporciona un procedimiento para controlar un rendimiento eléctrico de un parque eólico. El parque eólico comprende turbinas eólicas, controladores locales de las turbinas eólicas, un controlador central del parque eólico, un punto de medición común, y una red eléctrica que conecta las turbinas eólicas y el punto de medición común, en donde las conexiones de red entre las turbinas eólicas y el punto de medición común tienen impedancias eléctricas. El procedimiento se lleva a cabo conjuntamente por las turbinas eólicas con sus controladores locales de la turbina eólica y el controlador central del parque eólico. El procedimiento comprende: producir corrientes eléctricas, por las turbinas eólicas, y suministrar las corrientes eléctricas a la red eléctrica; medir un valor de una cantidad eléctrica en el punto de medición común y proporcionar el resultado medido al controlador central del parque eólico; generar, por el controlador central del parque eólico, por lo menos uno de un valor de referencia de tensión y un valor de referencia de potencia reactiva para una turbina eólica, basándose en el valor medido de la cantidad eléctrica en el punto de medición común, y proporcionar el por lo menos uno de un valor de referencia de tensión y un valor de referencia de potencia reactiva al controlador local de la turbina eólica de la turbina eólica; provocar que la turbina eólica, mediante el controlador local de la turbina eólica, produzca por lo menos una de una tensión y una potencia reactiva en la red eléctrica en la posición de la turbina eólica que corresponde al por lo menos uno de un valor de

referencia de tensión y un valor de referencia de potencia reactiva, pero que está corregido por una corrección local producida por el controlador local de la turbina eólica. Esta corrección local tiene en consideración por lo menos uno de un cambio de tensión y un cambio de potencia reactiva esperados en el punto de medición común para la corriente eléctrica suministrada por la turbina eólica debido a la impedancia eléctrica de la conexión de red entre la turbina eólica y el punto de medición común. Dicha corriente eléctrica tomada en consideración por la corrección se determina localmente en la turbina eólica.

De acuerdo con otro aspecto, se proporciona un parque eólico, que comprende turbinas eólicas, controladores locales de las turbinas eólicas, un controlador central del parque eólico, un punto de medición común, y una red eléctrica que conecta las turbinas eólicas y el punto de medición común. Las conexiones de red entre las turbinas eólicas y el punto de medición común tienen impedancias eléctricas. El parque eólico se dispone para controlar su rendimiento eléctrico mediante el control conjunto de las turbinas eólicas por medio de sus controladores locales de las turbinas eólicas y el controlador central del parque eólico. Las turbinas eólicas se disponen para producir corrientes eléctricas y suministrarlas a la red eléctrica. El controlador central del parque eólico se dispone para generar por lo menos uno de un valor de referencia de tensión y un valor de referencia de potencia reactiva para una turbina eólica, basándose en un valor de una cantidad eléctrica medida en el punto de medición común, y para proporcionar el por lo menos uno de un valor de referencia de tensión y un valor de referencia de potencia reactiva al controlador local de la turbina eólica de la turbina eólica. El controlador local de la turbina eólica se dispone para provocar que la turbina eólica produzca por lo menos una de una tensión y una potencia reactiva en la red eléctrica en la posición de la turbina eólica que corresponde al por lo menos uno de un valor de referencia de tensión y un valor de referencia de potencia reactiva, pero que está corregido... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un procedimiento de control del rendimiento eléctrico de un parque eólico (2), comprendiendo el parque eóllco (2) turbinas eóllcas (1), controladores locales de las turbinas eólicas (14), un controlador central del parque eólico (22), un punto de medición común (4), y una red eléctrica (17) que conecta las turbinas eólicas (1) y el punto de medición común (4), en el que las conexiones de red (7) entre las turbinas eólicas (1) y el punto de medición común (4) tienen impedanclas eléctricas (2);

llevándose a cabo el procedimiento conjuntamente por las turbinas eólicas (1) con sus controladores locales de las turbinas eólicas (14) y el controlador central del parque eólico (22), comprendiendo el procedimiento:

producir corrientes eléctricas por las turbinas eólicas (1), y suministrar las corrientes eléctricas a la red eléctrica (17);

medir un valor de una cantidad eléctrica (V, Q) en el punto de medición común (4) y proporcionar el resultado de la medición al controlador central del parque eólico (22);

generar, por el controlador central del parque eólico (22), por lo menos uno de un valor de referencia de tensión (Vref) y un valor de referencia de potencia reactiva (Qref) para una turbina eólica (1), basándose en el valor medido de la cantidad eléctrica en el punto de medición común (4), y proporcionar el por lo menos uno de un valor de referencia de tensión (Vref) y un valor de referencia de potencia reactiva (Qref) al controlador local de la turbina eólica (14) de la turbina eólica (1);

provocar, mediante el controlador local de la turbina eólica (14), que la turbina eólica (1) produzca por lo menos una de una tensión (V) y una potencia reactiva (Q) en la red eléctrica (17) en la posición de la turbina eólica (1) que corresponde al por lo menos uno de un valor de referencia de tensión (Vref) y un valor de referencia de potencia reactiva (Qref), pero que está corregido por una corrección local (52) producida por el controlador local de la turbina eólica (14);

en el que la corrección local (52), toma en consideración por lo menos uno de un cambio de tensión y un cambio de potencia reactiva esperados en el punto de medición común (4) para la corriente eléctrica suministrada por la turbina eólica (1) debido a la impedancia eléctrica (2) de la conexión de red (7) entre la turbina eólica (1) y el punto de medición común (4), tomada en consideración dicha corriente eléctrica por la corrección (52) que se determina localmente en la turbina eólica (1).

2. El procedimiento de la reivindicación 1, que comprende controlar el rendimiento eléctrico del parque eólico (2) por medio de un bucle de control realimentado (33) con controles anticipados superpuestos (35),

estando formado el bucle de control realimentado (33) por el controlador del parque eólico (22) que compara la cantidad eléctrica medida en el punto de medición común (4) con un valor objetivo central y deriva los valores de referencia (Vref, Qref) para las turbinas eólicas (1) a partir de la comparación, y provocando los controladores locales de las turbinas eóllcas (14) que las turbinas eólicas (1) produzcan por lo menos una de una cierta tensión (V) y una cierta potencia reactiva (Q) en la red eléctrica (17) en las posiciones de las turbinas eólicas (1), lo que a su vez influye en la cantidad eléctrica (V, Q) que se va a medir en el punto de medición común (4),

estando formados los controles anticipados superpuestos (35) por las correcciones locales (52) por los controladores de las turbinas eólicas (14), que provocan que las turbinas eólicas (1) produzcan un rendimiento corregido para un cambio de tensión o un cambio de potencia reactiva esperados en el punto de medición común (4) para las corrientes eléctricas suministradas por las turbinas eólicas (1) debido a las impedancias eléctricas (2) de las conexiones de red (7) entre las turbinas eólicas (1) y el punto de medición común (4).

3. El procedimiento de la reivindicación 1 o 2, en el que el punto de medición común (4) es un punto de acoplamiento común (16) del parque eólico (2) a una red de distribución eléctrica (3), o un punto en una red eléctrica del parque eólico (17) corriente arriba del punto de acoplamiento común (16), o un punto en la red de distribución (3) corriente abajo del punto de acoplamiento común (16).

4. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que hay una tensión y una potencia reactiva en la red eléctrica (3, 17) en el punto de medición común (4), y en el que la cantidad eléctrica medida en el punto de medición común (4) es por lo menos una de la tensión (V) y la potencia reactiva (Q) en el punto de medición común (4).

5. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que generar el valor de referencia por el controlador central del parque eólico (22) comprende comparar la cantidad eléctrica medida en el punto de medición común (4), u otra cantidad derivada de esta, con un valor objetivo, y obtener el valor de referencia (Vref, Qref) como resultado de la comparación.

6. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la generación del valor de referencia por el controlador central del parque eólico (22) comprende correlacionar la cantidad eléctrica medida por una función de estatismo con el valor de referencia (Vref, Qref).

7. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que los valores de referencia (Vref, Qref) generados por el controlador central del parque eólico (22) son los mismos valores para todas las turbinas eólicas (1), o son valores proporcionales entre sí, o son valores individuales para diferentes turbinas eólicas (1).

8. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que una respuesta por el controlador local de la turbina eóllca (14) a un cambio en el valor de referencia (Vref, Qref) del controlador central del parque eólico tiene una constante de tiempo, y en el que una respuesta a la corrección local (52) tiene otra constante de tiempo, y en el que la constante de tiempo de la respuesta al controlador del parque eólico (22) es mayor que la de la corrección local (52).

9. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que por lo menos una de una tensión (V) y una potencia reactiva (Q) se mide en la red eléctrica (17) localmente en la turbina eólica (1), y el controlador local de la turbina eólica (14) compara el valor medido localmente de por lo menos una de la tensión (V) y la potencia reactiva (Q) con el valor de referencia (Vref, Qref) del controlador central del parque eólico para generar una señal de error local (48, 148, 248) en la cual se basa un control de la turbina eóllca (1), formando así un bucle de control local reallmentado (34).

1. El procedimiento de la reivindicación 9, en el que la corrección local (52) se aplica corriente abajo de la generación de señal de error local (47), en la generación de señal de error local (47), o corriente arriba de la generación de señal de error local (47).

11. El procedimiento de la reivindicación 9 o 1, en el que la señal de error local (48, 148, 248) se transforma en una referencia de corriente local (5),

la corrección local (52) se proporciona en forma de una corrección de corriente, y la referencia de corriente local (5) se corrige mediante la corrección de corriente.

12. El procedimiento de la reivindicación 9 o 1, en el que

la corrección local (52) se proporciona en una forma (252) que corresponde a la referencia del controlador central del parque eólico, que es en forma de una corrección de tensión (Vref) o una corrección de potencia reactiva (Qref),

y la corrección local (52) corrige la referencia (Vref, Qref) del controlador central del parque eólico corriente aguas arriba de la generación de señal de error local (47), o corrige el valor de tensión o potencia reactiva medido localmente, o se toma en consideración en la generación de señal de error local (47).

13. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en el que la corrección local (52) se determina basándose en una función, en el que la corriente eléctrica producida por la turbina eóllca (1) es una variable de la función, en el que la corriente eléctrica no es conocida por el controlador del parque eólico (22) a priori, porque por lo menos en un modo de funcionamiento por debajo de la velocidad nominal del viento la corriente eléctrica producida está gobernada por la velocidad del viento, que puede fluctuar y se siente primero por la turbina eólica (1).

14. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, en el que la corriente eléctrica producida por la turbina eóllca (1) se puede representar por una corriente total (I), una componente activa de la corriente (Id), y una componente reactiva de la corriente (Iq), y

en el que la corrección local (52) se determina basándose en una función que tiene por lo menos dos términos aditivos,

dependiendo uno de los términos aditivos de la corriente total (I), y

dependiendo el otro término aditivo de la componente activa (Id) de la corriente producida por la turbina eóllca (1).

15. Un parque eólico (2), que comprende turbinas eólicas (1), controladores locales de las turbinas eólicas (14), un controlador central del parque eólico (22), un punto de medición común (4), y una red eléctrica (17) que conecta las turbinas eólicas (1) y el punto de medición común (4), en el que las conexiones de red (7) entre las turbinas eólicas (1) y el punto de medición común (4) tienen ¡mpedanclas eléctricas (2);

en el que el parque eóllco (2) está dispuesto para controlar su rendimiento eléctrico controlando conjuntamente las turbinas eóllcas (1) por medio de sus controladores locales de las turbinas eóllcas (14) y el controlador central del parque eóllco (22);

en el que las turbinas eóllcas (1) se disponen para producir corrientes eléctricas y suministrarlas a la red eléctrica

(17);

en el que el controlador central del parque eóllco (22) está dispuesto para generar por lo menos uno de un valor de referencia de tensión y un valor de referencia de potencia reactiva para una turbina eóllca (1), basándose en un valor

de una cantidad eléctrica medida en el punto de medición común (4), y proporcionar el por lo menos uno de un valor

de tensión de referencia y un valor de referencia de potencia reactiva al controlador local de la turbina eóllca (14) de la turbina eólica (1);

en el que el controlador local de la turbina eólica (14) está dispuesto para provocar que la turbina eólica (1) produzca 15 por lo menos una de una tensión y una potencia reactiva en la red eléctrica (17) en la posición de la turbina eólica (1)

que corresponde al por lo menos uno de un valor de referencia de tensión y un valor de referencia de potencia

reactiva, pero que está corregido por una corrección local (52) producida por el controlador local de la turbina eólica (14);

en el que la corrección local (52) está dispuesto para tomar en consideración por lo menos uno de un cambio de tensión y un cambio de potencia reactiva esperados en el punto de medición común (4) para la corriente eléctrica suministrada por la turbina eóllca debido a la ¡mpedancia eléctrica (2) de la conexión de red (7) entre la turbina eóllca (1) y el punto de medición común (4), tomada en consideración dicha corriente eléctrica por la corrección (52) que se determina localmente en la turbina eóllca (1).