Sistema de operación de un convertidor de energía de una turbina eólica.

Un sistema de generación de energía (200) para proporcionar una energía de salida a una carga, comprendiendo dicho sistema de generación de energía:

un generador

(120) configurado para generar una energía de entrada de corriente alterna (CA);

un sistema convertidor de energía (202) acoplado a dicho generador, comprendiendo dicho sistema convertidor de energía una pluralidad de hilos de convertidor (224, 226, 228, 230) configurados para convertir la energía de entrada de CA en una energía de salida y para proporcionar la energía de salida a la carga; y,

un sistema de control de convertidor (204) acoplado a dicho sistema convertidor de energía, estando dicho sistema de control de convertidor configurado para proporcionar a dicho sistema convertidor de energía uno de un primer patrón de conmutación y un segundo patrón de conmutación basados, al menos parcialmente, en una característica operativa monitorizada de dicho generador; caracterizado porque:

dicho primer patrón de conmutación comprende un patrón de conmutación medio intercalado y dicho segundo patrón de conmutación comprende un patrón de conmutación totalmente intercalado.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E10164208.

Solicitante: GENERAL ELECTRIC COMPANY.

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: 1 RIVER ROAD SCHENECTADY, NY 12345 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: WAGONER,ROBERT GREGORY, KLODOWSKI,ANTHONY.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA... > APARATOS PARA LA TRANSFORMACION DE CORRIENTE ALTERNA... > Transformación de una potencia de entrada en corriente... > H02M5/458 (utilizando solamente dispositivos semiconductores)

PDF original: ES-2461594_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Sistema de operación de un convertidor de energía de una turbina eólica El campo de la divulgación se refiere, en general, a la generación de energía con turbinas eólicas y, más específicamente, a la mejora de la eficiencia de las turbinas eólicas mediante la reducción de las pérdidas de energía presentes en un convertidor de energía de turbinas eólicas.

Una turbina eólica utiliza el viento para generar electricidad. Una turbina eólica incluye típicamente una góndola que aloja un generador eléctrico. La turbina eólica también incluye típicamente un rotor que incluye una pluralidad de palas de rotor unidas a un buje giratorio. El rotor de turbina eólica está acoplado al generador eléctrico, en el que el rotor de la turbina eólica convierte la energía eólica en energía de rotación que se utiliza para girar un rotor del generador eléctrico. La operación a velocidad variable de la turbina eólica facilita la captura mejorada de la energía mediante la turbina en comparación con una operación de velocidad constante de la turbina. Sin embargo, el funcionamiento a velocidad variable de la turbina eólica produce energía eléctrica que tiene tensión y/o frecuencia variables. Más específicamente, la frecuencia de la electricidad generada por la turbina eólica de velocidad variable es proporcional a la velocidad de rotación del rotor. Un convertidor de energía puede estar acoplado entre el generador eléctrico y una red de suministro eléctrico. El convertidor de energía genera electricidad que tiene una tensión y una frecuencia fijas para su suministro en la red eléctrica.

Algunos convertidores de energía conocidos incluyen conmutadores semiconductores capaces de manejar altas corrientes y tensiones. Típicamente, una rápida conmutación de los conmutadores semiconductores es beneficioso para la calidad de la salida de energía del convertidor. Sin embargo, los conmutadores semiconductores pueden no ser capaces de funcionar a altas frecuencias debido a limitaciones térmicas. Para superar las limitaciones térmicas, un filtro y un estrangulador pueden estar acoplados a la salida de los conmutadores semiconductores para filtrar el contenido armónico de la electricidad. Este filtrado puede afectar negativamente a la eficiencia de los convertidores de energía.

El documento EP 1 768 223 divulga un procedimiento para operar un sistema convertidor que incluye módulos de convertidor, incluyendo convertidores de generador e inversores de la red.

El documento US 2009/0109713 se refiere a una unidad de velocidad variable, que incluye un aparato para el modo común y filtrado de modo diferencial para soportar protección.

En un aspecto de acuerdo con la presente invención, se proporciona un sistema de generación de energía de acuerdo con la reivindicación 1 adjunta.

Diversos aspectos y realizaciones de la presente invención se describirán ahora en conexión con los dibujos adjuntos, en los cuales:

La figura 1 es una vista lateral en perspectiva de una realización ejemplar de una turbina eólica.

La figura 2 es una vista en perspectiva en sección transversal de una góndola de la turbina eólica ejemplar mostrada en la figura 1.

La figura 3 es un diagrama de bloques de una realización ejemplar de un sistema de energía que incluye un sistema convertidor de energía.

La figura 4 es un diagrama de bloques de un sistema de energía que incluye un sistema convertidor de energía, por ejemplo, el sistema convertidor de energía que se muestra en la figura 3.

La figura 5 es un diagrama de bloques de una realización ejemplar del sistema convertidor de energía que se muestra en la figura 4.

La figura 6 es un diagrama de bloques de una realización ejemplar de un hilo convertidor incluido dentro del sistema convertidor de energía que se muestra en la figura 4.

La figura 7 es un diagrama de flujo que ilustra un procedimiento para proporcionar una energía de salida a una carga.

La figura 8 es un diagrama de flujo que ilustra un procedimiento para incrementar una eficiencia de un sistema convertidor de energía de múltiples hilos.

Diversas realizaciones descritas en el presente documento incluyen una turbina eólica y, más particularmente, un sistema convertidor de energía para su uso con la turbina eólica. Efectos técnicos de las diversas realizaciones incluyen la mejora de la eficiencia del sistema convertidor de energía mediante la reducción de las pérdidas del convertidor de energía. Aunque se describe como incluido dentro de una turbina eólica, el sistema convertidor de energía que se describe en el presente documento puede incluirse dentro de, o acoplarse a, cualquier fuente de generación de energía adecuada para la conversión de una energía de entrada en una energía de salida.

La figura 1 es una vista en perspectiva lateral de una realización ejemplar de una turbina eólica 100. La turbina eólica 100 generalmente incluye una góndola 102 que aloja un generador (no mostrado en la figura 1) . La góndola 102 está montada sobre una torre 104, una porción de la cual se muestra en la figura 1. La turbina eólica 100 también incluye un rotor 106 que incluye una pluralidad de palas 108 de rotor unidas a un buje giratorio 110. Aunque la turbina eólica 100 ilustrada en la figura 1 incluye tres palas 108 de rotor, no hay límites específicos acerca del

número de palas 108 del rotor requerido por las diversas realizaciones descritas en el presente documento. Por lo tanto, pueden proporcionarse palas 108 del rotor adicionales o menos.

La figura 2 es una vista en perspectiva lateral en sección de la góndola 102 (mostrada en la figura 1) . En la realización ejemplar, diversos componentes están alojados en la góndola 102 en la torre 104 de la turbina eólica 100. Además, una altura de la torre 104 puede seleccionarse en base a factores y condiciones conocidas en la técnica. En algunas realizaciones, uno o más microcontroladores (no mostrados en la figura 2) dentro de un panel de control 112 forman un sistema de control utilizado para el control y la monitorización general del sistema incluyendo la regulación del paso y la velocidad, la aplicación del freno del eje de alta velocidad y de la orientación, aplicación del motor de la orientación y de la bomba y monitorización del nivel de energía y fallos. Arquitecturas de control alternativas distribuidas o centralizadas pueden utilizarse en algunas realizaciones.

En diversas realizaciones, el sistema de control proporciona señales de control a una unidad de paso de pala variable 114 para controlar el paso de las palas 108 (mostradas en la figura 1) que accionan el buje 110 como resultado de viento. El buje 110 y las palas 108 juntos forman el rotor 106 de la turbina eólica (mostrado en la figura 1) . El tren de accionamiento de turbina eólica 100 incluye un eje 116 del rotor principal (también referido como un "eje de baja velocidad") conectado al buje 110 y una caja de engranajes 118 que, en algunas realizaciones, utiliza una geometría de trayectoria doble para accionar un eje de alta velocidad encerrado dentro de la caja de engranajes 118. El eje de alta velocidad (no mostrado en la figura 2) se utiliza para accionar un generador 120 que está soportado por un bastidor principal 132. En algunas realizaciones, el par del rotor se transmite a través de un acoplamiento 134. El generador 120 puede ser de cualquier tipo adecuado, por ejemplo y sin limitación, un generador de inducción de rotor bobinado, tal como un generador de inducción doblemente alimentado. Otro tipo adecuado a modo de ejemplo no limitativo es un generador de múltiples polos que puede operar a la velocidad del eje 116 del rotor principal en una configuración de accionamiento directo, sin necesidad de una caja de... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un sistema de generación de energía (200) para proporcionar una energía de salida a una carga, comprendiendo dicho sistema de generación de energía:

un generador (120) configurado para generar una energía de entrada de corriente alterna (CA) ; un sistema convertidor de energía (202) acoplado a dicho generador, comprendiendo dicho sistema convertidor de energía una pluralidad de hilos de convertidor (224, 226, 228, 230) configurados para convertir la energía de entrada de CA en una energía de salida y para proporcionar la energía de salida a la carga; y, un sistema de control de convertidor (204) acoplado a dicho sistema convertidor de energía, estando dicho sistema de control de convertidor configurado para proporcionar a dicho sistema convertidor de energía uno de un primer patrón de conmutación y un segundo patrón de conmutación basados, al menos parcialmente, en una característica operativa monitorizada de dicho generador; caracterizado porque:

dicho primer patrón de conmutación comprende un patrón de conmutación medio intercalado y dicho segundo patrón de conmutación comprende un patrón de conmutación totalmente intercalado.

2. Un sistema de generación de energía (200) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho generador (120) está incluido dentro de una turbina eólica (100) .

3. Un sistema de generación de energía (200) de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en el que dicha pluralidad de hilos de convertidor (224, 226, 228, 230) comprenden un inversor (330) del lado del generador, un inversor (332) del lado de la carga, y una pluralidad de inductores (320, 322, 328) .

4. Un sistema de generación de energía (200) de acuerdo con la reivindicación 3, en el que dicha pluralidad de inductores (320, 322, 328) comprenden al menos uno de un inductor (322) del lado del generador y un inductor (328) del lado de la carga configurados para proporcionar inductancia de modo normal a dicho sistema convertidor de energía (202) .

5. Un sistema de generación de energía (200) de acuerdo con la reivindicación 3 o la reivindicación 4, en el que dicha pluralidad de inductores (320, 322, 328) comprenden al menos un inductor de modo común configurado para proporcionar inductancia de modo común a dicho sistema convertidor de energía (202) , en el que la inductancia de modo común facilita una reducción de la corriente de modo común dentro de dicho sistema convertidor de energía.

6. Un sistema de generación de energía (200) de acuerdo con la reivindicación 5, en el que dicho inductor de modo común (320) incluye un espacio de aire (324) determinado para proporcionar un valor de inductancia máxima, mientras se mantiene una densidad de flujo del inductor de modo común dentro de un intervalo.

7. Un sistema de generación de energía (200) de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en el que dicha característica operativa monitorizada incluye al menos uno de una velocidad de rotación de dicho generador (120) , una salida de tensión mediante dicho generador, y un índice de modulación, en el que dicha característica operativa monitorizada corresponde sustancialmente a un nivel de energía de entrada de CA.

8. Un sistema de generación de energía (200) de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en el que dicho sistema de control de convertidor (204) está configurado para proporcionar el primer patrón de conmutación cuando dicha característica operativa monitorizada indica que la energía de entrada de CA está por debajo de un nivel de conmutación y para proporcionar el segundo patrón de conmutación cuando dicha característica operativa monitorizada indica que la energía de entrada de CA está por encima del nivel de conmutación.