Turbina eólica de velocidad variable y método para hacer funcionar la turbina eólica de velocidad variable durante un evento de desequilibrio de potencia.

Turbina eólica de velocidad variable (1) que comprende:

un generador (101);

un convertidor de potencia

(102) para convertir al menos una parte de potencia eléctrica generada por el generador;

una disposición de gestión de energía (104; 140) acoplada al convertidor de potencia, comprendiendo la disposición de gestión de energía una unidad de almacenamiento de energía (121; 141); y

un controlador,

en la que el controlador está adaptado para detectar un evento de desequilibrio de potencia y para transferir al menos una parte del exceso de energía eléctrica generado por el generador a la unidad de almacenamiento de energía para que se almacene en la misma cuando se detecta el evento de desequilibrio de potencia, y

en la que el evento de desequilibrio de potencia comprende un evento de ráfaga de viento, caracterizada porque la turbina eólica de velocidad variable comprende además un sistema de alimentación ininterrumpida SAI (105) acoplado a la disposición de gestión de energía, estando el SAI adaptado para recibir energía eléctrica de la disposición de gestión de energía para que se almacene en el mismo.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/SG2010/000294.

Solicitante: VESTAS WIND SYSTEMS A/S.

Inventor/es: Tripathi,Anshuman, OPINA,GIL JR LAMPONG, GUPTA,AMIT KUMAR, KARUPPANAN,YUGARAJAN, TUMABCAO,MICHAEL CASEM.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MAQUINAS O MOTORES DE LIQUIDOS; MOTORES DE VIENTO,... > MOTORES DE VIENTO > Adaptaciones de los motores de viento para usos especiales;... > F03D9/02 (almacenando el aparato energía)
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MAQUINAS O MOTORES DE LIQUIDOS; MOTORES DE VIENTO,... > MOTORES DE VIENTO > F03D7/00 (Control de los motores de viento (alimentación o distribución de energía eléctrica H02J, p.ej. disposiciones para ajustar, eliminar o compensar la potencia reactiva en las redes H02J 3/18; control de generadores eléctricos H02P, p.ej. disposiciones para el control de generadores eléctricos con el propósito de obtener las características deseadas en la salida H02P 9/00))

PDF original: ES-2537126_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Turbina eólica de velocidad variable y método para hacer funcionar la turbina eólica de velocidad variable durante un evento de desequilibrio de potencia Campo de la invención La presente invención se refiere, en general, a una turbina eólica de velocidad variable y, en particular, a un método para hacer funcionar la turbina eólica de velocidad variable durante un evento de desequilibrio de potencia.

Antecedentes de la invención Una turbina eólica es un sistema de conversión de energía que convierte la energía cinética del viento en energía eléctrica para redes de suministro eléctrico generales. Específicamente, el viento se aplica a las palas de turbina eólica de la turbina eólica para hacer rotar un rotor. La energía mecánica del rotor en rotación se convierte a su vez en energía eléctrica mediante un generador eléctrico. Dado que la velocidad del viento fluctúa, la fuerza aplicada a las palas eólicas y por tanto la velocidad rotacional del rotor puede variar. Sin embargo, las redes de suministro eléctrico requieren que la turbina eólica proporcione potencia eléctrica a frecuencia constante.

Un tipo de turbina eólica que proporciona potencia eléctrica a frecuencia constante es una turbina eólica de velocidad fija. Este tipo de turbina eólica requiere un rotor generador que rote a una velocidad constante. Una desventaja de tal turbina eólica de velocidad fija es que no aprovecha toda la energía del viento a altas velocidades y debe desactivarse a bajas velocidades de viento. Otro tipo de turbina eólica es una turbina eólica de velocidad variable. Este tipo de turbina eólica permite que el generador rote a velocidades variables para adaptarse a las velocidades fluctuantes del viento. Al variar la velocidad de rotación del rotor generador, la conversión de energía puede optimizarse a lo largo de una gama más amplia de velocidades de viento.

Una turbina eólica de velocidad variable habitualmente incluye un convertidor de potencia que tiene un convertidor de lado del generador acoplado a un convertidor de lado de la red de suministro a través de un enlace de corriente continua (CC) . El convertidor de lado del generador regula la potencia del generador. Esta potencia pasa por el enlace de CC, total o parcialmente, y se alimenta finalmente a la red de suministro a través del convertidor de lado de la red de suministro.

De manera convencional, cuando se produce un fallo en la red de suministro, la turbina eólica (o parque eólico que comprende turbinas eólicas) se desconecta habitualmente de la red de suministro para proteger los componentes eléctricos y las partes mecánicas de la turbina debido a requisitos poco estrictos de la normativa de red de suministro. Posteriormente, una vez solucionado el fallo, la turbina eólica vuelve a conectarse a la red de suministro de nuevo para suministrar potencia a la misma.

Con la penetración cada vez mayor de la generación de energía eólica, la desconexión de turbinas eólicas o parques eólicos de la red de suministro durante fallos de la red de suministro ya no es aceptable para los operadores de la red de suministro. Esto se debe a que la desconexión de una turbina/parque eólico en condiciones de fallo de la red de suministro provoca inestabilidad de la red de suministro eléctrico. Los operadores de la red de suministro en muchos países exigen ahora a los operadores de parques eólicos que cumplan con determinados requisitos de la red de suministro especificados en normativas de la red de suministro antes de permitirles conectarse a la red de suministro. Los requisitos de la red de suministro varían en diferentes países, pero su objetivo común es permitir el desarrollo, mantenimiento y funcionamiento de un sistema de transmisión o distribución coordinado, fiable y económico. Por ejemplo, las normativas de la red de suministro normalmente requieren que las turbinas eólicas puedan soportar un fallo que provoque que la tensión en un punto de acoplamiento común en un parque eólico disminuya hasta, por ejemplo, 0, 2 pu con una duración de 0, 5 segundos.

El documento US 6.921.985 da a conocer el uso de un circuito de derivación (shunt) o un circuito de protección de palanca (crowbar) para derivar la sobretensión repentina de corriente durante un fallo de la red de suministro, tal como un hueco de tensión. El circuito de protección de palanca está acoplado a un punto entre el convertidor de lado del generador y el rotor generador. Cuando se detecta un aumento repentino en la corriente en el convertidor de lado del generador, el circuito de protección de palanca se activa y la corriente se drena del convertidor de lado del generador mediante el circuito de protección de palanca.

El documento US 7.411.309 también da a conocer el uso de un circuito de protección de palanca durante sobretensiones transitorias en la red de suministro. El circuito de protección de palanca está acoplado al enlace de CC entre el convertidor de lado del generador y el convertidor de lado de la red de suministro. Cuando la tensión del enlace de CC supera un valor predeterminado (debido a un fallo de la red de suministro) , el circuito de protección de palanca se activa para drenar la corriente del convertidor de lado del generador, disminuyendo así la tensión del enlace de CC.

En ambos documentos de la técnica anterior, los circuitos de derivación usan resistencias para drenar cualquier sobretensión no deseada de corriente o disipar cualquier exceso de potencia generada debido a un fallo de la red de suministro. Dado que la salida de potencia de las turbinas eólicas es grande, el circuito de derivación tiene que usar

resistencias de muchos megajulios para disipar un exceso de potencia del generador. Además, el calor generado por las resistencias de disipación de potencia tiene que tratarse. Esto puede requerir una refrigeración de las resistencias de disipación de potencia.

El documento EP 1.819.023 da a conocer un sistema de carga de volcado de turbina eólica. En respuesta a una pérdida de potencia en una red de suministro general, un resistencia de carga de volcado absorbe carga hacia el generador. Un dispositivo de almacenamiento también puede almacenar el exceso de energía.

El documento US 2005/0062290 da a conocer un amortiguador de impactos electrónico que almacena exceso de potencia durante periodos con aumento de generación de potencia y libera la energía almacenada durante periodos con disminución de generación de potencia. Pretende suavizar las fluctuaciones de potencia y usa una capacidad de anticipación para predecir las condiciones del viento probables dentro de un intervalo estrecho.

Es por tanto un objeto de la invención proporcionar circuitos de tratamiento de energía mejorados para gestionar el exceso de potencia de la turbina eólica sin las desventajas mencionadas anteriormente.

Sumario de la invención Según un primer aspecto de la invención se proporciona una turbina eólica de velocidad variable. La turbina eólica comprende un generador, un convertidor de potencia para convertir al menos una parte de potencia eléctrica generada por el generador, una disposición de gestión de energía acoplada al convertidor de potencia, comprendiendo la disposición de gestión de energía una unidad de almacenamiento de energía, un controlador y un sistema de alimentación ininterrumpida (SAI) acoplado a la disposición de gestión de energía. El controlador está adaptado para detectar un evento de desequilibrio de potencia y para transferir al menos una parte del exceso de energía eléctrica generado por el generador a la unidad de almacenamiento de energía para que se almacene en la misma cuando se detecta el evento de desequilibrio de potencia. El SAI está adaptado para recibir energía eléctrica... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Turbina eólica de velocidad variable (1) que comprende:

un generador (101) ;

un convertidor de potencia (102) para convertir al menos una parte de potencia eléctrica generada por el 5 generador;

una disposición de gestión de energía (104; 140) acoplada al convertidor de potencia, comprendiendo la disposición de gestión de energía una unidad de almacenamiento de energía (121; 141) ; y un controlador, en la que el controlador está adaptado para detectar un evento de desequilibrio de potencia y para transferir al menos una parte del exceso de energía eléctrica generado por el generador a la unidad de almacenamiento de energía para que se almacene en la misma cuando se detecta el evento de desequilibrio de potencia, y en la que el evento de desequilibrio de potencia comprende un evento de ráfaga de viento, caracterizada porque la turbina eólica de velocidad variable comprende además un sistema de alimentación 15 ininterrumpida SAI (105) acoplado a la disposición de gestión de energía, estando el SAI adaptado para recibir energía eléctrica de la disposición de gestión de energía para que se almacene en el mismo.

2. Turbina eólica de velocidad variable según la reivindicación 1, en la que el convertidor de potencia comprende:

un convertidor de lado del generador (110) adaptado para convertir una señal de corriente alterna (CA) 20 procedente del generador en una señal de corriente continua (CC) ;

un convertidor de lado de la red de suministro (111) adaptado para convertir la señal de CC en una señal de CA; y un enlace de CC (112) entre el convertidor de lado del generador y el convertidor de lado de la red de suministro, en la que la disposición de gestión de energía (104) está acoplada al enlace de CC para recibir al menos una parte del exceso de energía eléctrica para que se almacene en la misma durante el evento de desequilibrio de potencia.

3. Turbina eólica de velocidad variable según la reivindicación 2, en la que la disposición de gestión de energía comprende además un convertidor CC a CC (123) para convertir la señal de CC en el enlace de CC 30 en una señal de CC adecuada para procesarse por la unidad de almacenamiento de energía.

4. Turbina eólica de velocidad variable según la reivindicación 1, en la que el convertidor de potencia comprende:

un convertidor de lado del generador (110) adaptado para convertir una señal de corriente alterna (CA) procedente del generador en una señal de corriente continua (CC) ;

un convertidor de lado de la red de suministro (111) adaptado para convertir la señal de CC en una señal de CA; y un enlace de CC (112) entre el convertidor de lado del generador y el convertidor de lado de la red de suministro, en la que la disposición de gestión de energía (140) está acoplada a una entrada del convertidor de lado del 40 generador para recibir una parte del exceso de energía eléctrica para que se almacene en la misma durante el evento de desequilibrio de potencia.

5. Turbina eólica de velocidad variable según la reivindicación 4, en la que la disposición de gestión de energía comprende además un convertidor de CA a CC (143) para convertir la señal de CA en la entrada del convertidor de lado del generador en una señal de CC adecuada para procesarse por la unidad de 45 almacenamiento de energía.

6. Turbina eólica de velocidad variable según las reivindicaciones 4 ó 5, que comprende además una segunda disposición de gestión de energía, en la que la segunda disposición de gestión de energía está acoplada al enlace de CC para recibir una parte del exceso de energía eléctrica para que se almacene en la misma durante el evento de desequilibrio de potencia.

7. Turbina eólica de velocidad variable según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la disposición de gestión de energía comprende además un elemento de disipación de potencia (122; 142) para disipar al menos una parte del exceso de energía eléctrica generado por el generador como pérdida de potencia durante el evento de desequilibrio de potencia.

8. Turbina eólica de velocidad variable según la reivindicación 7, en la que el elemento de disipación de potencia comprende una resistencia.

9. Turbina eólica de velocidad variable según las reivindicaciones 7 u 8, en la que el elemento de disipación de potencia está dispuesto en paralelo a la unidad de almacenamiento de energía.

10. Turbina eólica de velocidad variable según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la

disposición de gestión de energía está adaptada para suministrar potencia eléctrica a componentes auxiliares (106) en la turbina eólica durante el evento de desequilibrio de potencia.

11. Método para hacer funcionar una turbina eólica de velocidad variable, que comprende:

detectar un evento de desequilibrio de potencia;

almacenar al menos una parte del exceso de energía eléctrica generado por un generador (101) de la 15 turbina eólica en una disposición de gestión de energía (104; 140) cuando se detecta el evento de desequilibrio de potencia, en el que el evento de desequilibrio de potencia comprende un evento de ráfaga de viento, caracterizado porque el método comprende además transferir al menos una parte del exceso de energía eléctrica de la disposición de gestión de energía a un sistema de alimentación ininterrumpida SAI (105) para 20 que se almacene en el mismo.

12. Método según la reivindicación 11, que comprende además disipar al menos una parte del exceso de energía eléctrica generado por el generador como pérdida de potencia a través de un elemento de disipación de potencia (122; 142) en la disposición de gestión de energía durante el evento de desequilibrio de potencia.

13. Método según cualquiera de las reivindicaciones 11 ó 12, que comprende además suministrar potencia eléctrica a componentes auxiliares (106) en la turbina eólica mediante la disposición de gestión de energía durante el evento de desequilibrio de potencia.