Turbina eólica variable con unidad de disipación de potencia; método para hacer funcionar una unidad de disipación de potencia en una turbina eólica.

Una turbina eólica de velocidad variable (1) que comprende:

un generador (101);

un convertidor de potencia

(102) para convertir al menos una parte de la potencia eléctrica generada por el generador (101), comprendiendo el convertidor de potencia (102) un convertidor de lado de generador (110), un convertidor de lado de red (111) y un enlace de CC (corriente continua) (112) entre los mismos;

una unidad de disipación de potencia (105) acoplada de manera operativa al enlace de CC (112); y

un controlador (120), en la que el controlador (120) está adaptado para:

recibir una solicitud para reducir la potencia de salida de la turbina eólica (1);

determinar una señal de potencia de control anticipativo (PFF) a partir de la diferencia entre una potencia de generador de referencia (Pgenerador) y una potencia de turbina deseada (Pred), incluyendo la potencia de generador de referencia (Pgenerador) un perfil de potencia de disminución gradual del generador (101), e incluyendo la potencia de turbina deseada (Pred) un perfil de potencia de disminución gradual deseado; y

hacer funcionar la unidad de disipación de potencia (105) basándose en la señal de potencia de control anticipativo (PFF) de manera que la potencia de salida de la turbina eólica (1) se disminuye a una velocidad deseada.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/DK2012/050131.

Solicitante: VESTAS WIND SYSTEMS A/S.

Inventor/es: LI, BING, ANDERSEN,Gert Karmisholt, GUPTA,AMIT KUMAR, FONN,SWEE YEE.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MAQUINAS O MOTORES DE LIQUIDOS; MOTORES DE VIENTO,... > MOTORES DE VIENTO > F03D9/00 (Adaptaciones de los motores de viento para usos especiales; Combinaciones de motores de viento con los aparatos que accionan (disposiciones relativas a conjuntos de propulsión de vehículos alimientados por energía eólica B60K 16/00; bombas caracterizadas por su combinación con motores de viento F04B 17/02))
  • 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 H — ELECTRICIDAD > PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA... > CONTROL O REGULACION DE MOTORES ELECTRICOS, GENERADORES... > H02P9/00 (Disposiciones para el control de generadores eléctricos con el propósito de obtener las características deseadas en la salida)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA... > CONTROL O REGULACION DE MOTORES ELECTRICOS, GENERADORES... > Disposiciones para parar o poner en ralentí motores,... > H02P3/22 (por frenado con cortocircuito o con resistencia)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA... > CONTROL O REGULACION DE MOTORES ELECTRICOS, GENERADORES... > Disposiciones para el control de generadores eléctricos... > H02P9/10 (Control efectuado sobre el circuito de excitación del generador con el fin de reducir los efectos nocivos de sobrecarga o de fenómenos transitorios, p. ej. aplicación, supresión o cambio repentino de carga)

PDF original: ES-2547637_T3.pdf

 

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Ilustración 1 de Turbina eólica variable con unidad de disipación de potencia; método para hacer funcionar una unidad de disipación de potencia en una turbina eólica.
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Turbina eólica variable con unidad de disipación de potencia; método para hacer funcionar una unidad de disipación de potencia en una turbina eólica.

Fragmento de la descripción:

Turbina eólica variable con unidad de disipación de potencia; método para hacer funcionar una unidad de disipación de potencia en una turbina eólica Campo de la invención La presente invención se refiere de manera general a una turbina eólica, y en particular, a un método para hacer funcionar una unidad de disipación de potencia en una turbina eólica.

Antecedentes de la invención Una turbina eólica es un sistema de conversión de energía que convierte la energía eólica cinética en energía eléctrica para redes eléctricas de distribución. Específicamente, el viento que incide sobre las palas del generador de turbina eólica (WTG) hace girar un rotor del WTG. La energía mecánica del rotor que gira se convierte a su vez en energía eléctrica mediante un generador eléctrico. Debido a que la velocidad del viento fluctúa, la fuerza aplicada a las palas del WTG y por tanto la velocidad de rotación del rotor/generador puede variar. Sin embargo, las redes eléctricas requieren que la turbina eólica genere una potencia eléctrica de frecuencia constante.

Un tipo de turbina eólica que proporciona potencia eléctrica de frecuencia constante es una turbina eólica de velocidad fija. Este tipo de turbina eólica requiere un rotor de generador que gira a una velocidad constante. Una desventaja de tal turbina eólica de velocidad fija es que no capta toda la energía del viento a diferentes velocidades y debe desactivarse a velocidades del viento bajas. Otro tipo de turbina eólica es una turbina eólica de velocidad variable. Este tipo de turbina eólica permite al generador girar a velocidades variables para admitir velocidades del viento que fluctúan. Al variar la velocidad de giro del rotor de generado, la conversión de energía puede optimizarse a lo largo de un intervalo más amplio de velocidades del viento.

Las turbinas eólicas basadas en convertidor de potencia de escala completa (que es un tipo de turbina eólica de velocidad variable) incluyen habitualmente un convertidor de potencia que tiene un convertidor de lado de generador acoplado a un convertidor de lado de red a través de un enlace de corriente continua (CC) . El convertidor de lado de generador regula la potencia del generador. Esta potencia pasa a través del enlace de CC y se alimenta finalmente a la red a través del convertidor de lado de red. El convertidor de lado de red regula la potencia de lado de red. Lo mismo se aplica a los sistemas de generador de inducción doblemente alimentado (DFIG) en los que sólo una parte de la potencia procedente del generador pasa a través del convertidor de potencia.

Puede solicitarse detener una turbina eólica, por ejemplo debido a un fallo en la red, fallo de componente en la turbina/parque eólico o solicitarlo el operador de la red. Cuando la turbina eólica reduce su potencia durante la detención, la potencia producida por la turbina eólica disminuye a cero a una velocidad específica. La velocidad de disminución de la potencia, denominada comúnmente la velocidad de disminución gradual de la potencia, depende de la velocidad de disminución gradual de la potencia del generador. Lo rápido que puede disminuir la potencia de la turbina durante una detención viene limitado normalmente por la velocidad de disminución gradual máxima del generador por ejemplo de 0, 2 pu/s.

Sin embargo, determinados reglamentos de red eléctrica/empresas distribuidoras pueden requerir que la turbina disminuya gradualmente a una velocidad más rápida que la velocidad de disminución gradual máxima de la turbina/generador, por ejemplo de 0, 4 pu/s. También se prevé que algunos países pueden especificar en los requisitos de su reglamento de red eléctrica una velocidad de disminución gradual mínima de las turbinas durante su detención.

Por tanto, es deseable proporcionar un método para hacer funcionar una turbina eólica para proporcionar una velocidad de disminución gradual que sea superior a la velocidad de disminución gradual máxima de la turbina o generador.

El documento EP1863162A2 describe un aparato para frenado eléctrico y protección del sistema para un generador eléctrico. El aparato incluye un freno dinámico y un circuito de protección contra sobretensiones diseñado para actuar conjuntamente con convertidores de potencia para desechar potencia en respuesta a una orden.

El documento US2010002475A1 describe un sistema para conectar un generador de turbina eólica a una red eléctrica de distribución, incluyendo el sistema un elemento de disipación de potencia acoplado a convertidores de potencia primero y segundo para disipar potencia del primer convertidor de potencia.

El documento US2010138058A1 describe un sistema de control para una instalación de producción de energía que comprende un controlador de planta configurado para crear una señal de salida que hace que un dispositivo de almacenamiento de energía se descargue en caso de que las reservas de potencia de los generadores de potencia no puedan satisfacer una velocidad de disminución gradual solicitada; y crear una señal de salida que hace que el dispositivo de almacenamiento de energía se cargue en caso de que la capacidad de potencia de los generadores de potencia pueda satisfacer la velocidad de disminución gradual solicitada.

Los documentos EP1672779A2 y EP2096299A2 describen sistemas y métodos para controlar la velocidad de variación gradual de potencia colectiva de una pluralidad de turbinas eólicas en un parque eólico.

Sumario de la invención Según un primer aspecto de la invención, se proporciona una turbina eólica de velocidad variable. La turbina eólica de velocidad variable comprende un generador, un convertidor de potencia para convertir al menos una parte de la potencia eléctrica generada por el generador, comprendiendo el convertidor de potencia un convertidor de lado de generador, un convertidor de lado de red y un enlace de CC (corriente continua) entre los mismos, una unidad de disipación de potencia acoplada de manera operativa al enlace de CC, y un controlador. El controlador está adaptado para recibir una solicitud para reducir la potencia de salida de la turbina eólica, determinar una señal de potencia de control anticipativo a partir de la diferencia entre una potencia de generador de referencia y una potencia de turbina deseada, incluyendo la potencia de generador de referencia un perfil de potencia de disminución gradual del generador, e incluyendo la potencia de turbina deseada un perfil de potencia de disminución gradual deseado; y hacer funcionar la unidad de disipación de potencia basándose en la señal de potencia de control anticipativo de manera que la potencia de salida de la turbina eólica se disminuye a una velocidad deseada.

Según un segundo aspecto de la invención, se proporciona un método para hacer funcionar una turbina eólica que tiene un generador, un convertidor de potencia y una unidad de disipación de potencia. La unidad de disipación de potencia está acoplada de manera operativa a un convertidor de potencia para convertir al menos una parte de la potencia eléctrica generada por un generador. El método comprende recibir una solicitud para reducir la potencia de salida de la turbina eólica, determinar una señal de potencia de control anticipativo a partir de la diferencia entre una potencia de generador de referencia y una potencia de turbina deseada, incluyendo la potencia de generador de referencia un perfil de potencia de disminución gradual del generador, e incluyendo la potencia de turbina deseada un perfil de potencia de disminución gradual deseado; y hacer funcionar la unidad de disipación de potencia basándose en la señal de potencia de control anticipativo de manera que la potencia de salida de la turbina eólica se disminuye a una velocidad... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Una turbina eólica de velocidad variable (1) que comprende:

un generador (101) ;

un convertidor de potencia (102) para convertir al menos una parte de la potencia eléctrica generada por el 5 generador (101) , comprendiendo el convertidor de potencia (102) un convertidor de lado de generador (110) , un convertidor de lado de red (111) y un enlace de CC (corriente continua) (112) entre los mismos;

una unidad de disipación de potencia (105) acoplada de manera operativa al enlace de CC (112) ; y un controlador (120) , en la que el controlador (120) está adaptado para:

recibir una solicitud para reducir la potencia de salida de la turbina eólica (1) ;

determinar una señal de potencia de control anticipativo (PFF) a partir de la diferencia entre una potencia de generador de referencia (Pgenerador) y una potencia de turbina deseada (Pred) , incluyendo la potencia de generador de referencia (Pgenerador) un perfil de potencia de disminución gradual del generador (101) , e incluyendo la potencia de turbina deseada (Pred) un perfil de potencia de disminución gradual deseado; y hacer funcionar la unidad de disipación de potencia (105) basándose en la señal de potencia de control anticipativo (PFF) de manera que la potencia de salida de la turbina eólica (1) se disminuye a una velocidad deseada.

2. Turbina eólica de velocidad variable (1) según la reivindicación 1, en la que la unidad de disipación de potencia (105) comprende al menos un conmutador y una resistencia.

3. Turbina eólica de velocidad variable (1) según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en la que el controlador (120) está adaptado para hacer funcionar la unidad de disipación de potencia (105) determinando una relación de trabajo (DR) para activar la unidad de disipación de potencia (105) .

4. Turbina eólica de velocidad variable (1) según la reivindicación 3, en la que el controlador (120) está adaptado para generar la relación de trabajo (DR) mediante:

determinar una potencia que ha de disiparse (PFF) mediante la unidad de disipación de potencia (105) ;

determinar una potencia máxima (Pmáx) que puede disiparse mediante la unidad de disipación de potencia (105) ; y determinar la relación de la potencia que ha de disiparse y la potencia máxima, obteniendo de ese modo la relación de trabajo (DR) .

5. Método para hacer funcionar una turbina eólica (1) que tiene un generador (101) , un convertidor de potencia (102) y una unidad de disipación de potencia (105) , estando acoplada la unidad de disipación de potencia (105) de manera operativa al convertidor de potencia (102) para convertir al menos una parte de la potencia eléctrica generada por el generador (101) , y comprendiendo el método:

recibir una solicitud (300) para reducir la potencia de salida de la turbina eólica (1) ;

determinar (310) una señal de potencia de control anticipativo (PFF) a partir de la diferencia entre una potencia de generador de referencia (Pgenerador) y una potencia de turbina deseada (Pred) , incluyendo la potencia de generador de referencia (Pgenerador) un perfil de potencia de disminución gradual del generador (101) , e incluyendo la potencia de turbina deseada (Pred) un perfil de potencia de disminución gradual deseado; y hacer funcionar la unidad de disipación de potencia (105) basándose en la señal de potencia de control anticipativo (PFF) de manera que la potencia de salida de la turbina eólica (1) se disminuye a una velocidad deseada.

6. Método según la reivindicación 5, que comprende además generar una relación de trabajo (DR) para hacer funcionar la unidad de disipación de potencia (105) .

7. Método según la reivindicación 6, en el que además generar la relación de trabajo (DR) comprende:

determinar una potencia que ha de disiparse (PFF) mediante la unidad de disipación de potencia (105) ;

determinar una potencia máxima (Pmáx) que puede disiparse mediante la unidad de disipación de potencia (105) ; y 9

determinar la relación de la potencia que ha de disiparse y la potencia máxima, obteniendo de ese modo la relación de trabajo (DR) .