Un convertidor para excitación está protegido de una corriente excesiva en un generador doblemente alimentado,

y se garantiza que proporciona un funcionamiento continuo. En el aparato de conversión para el generador doblemente alimentado, un convertidor para excitación tiene un lado de corriente continua conectado al de un convertidor para asociación, y un lado de corriente alterna conectado a un arrollamiento secundario de un generador doblemente alimentado, a través de una primera impedancia. Un rectificador de diodos tiene un lado de corriente continua conectado en paralelo con los lados de corriente continua conectados del primer convertidor y del segundo convertidor, así como un lado de corriente alterna conectado al arrollamiento secundario del generador doblemente alimentado, a través de una segunda impedancia

Aparato de conversión para generador doblemente alimentado.

Antecedentes de la invención

La presente invención se refiere a un aparato de conversión para la excitación de corriente alterna (CA) de un arrollamiento secundario de un generador doblemente alimentado, a fin de impedir que una corriente excesiva, generada en el arrollamiento secundario debido a una perturbación en un sistema de alimentación de potencia, fluya al interior del aparato de conversión, así como a un aparato de generación de potencia que utiliza el mismo.

Un generador doblemente alimentado (generador de inducción de rotor arrollado), en su uso en un aparato de generación de potencia, tiene ventajosamente las facultades de suministrar en su salida una tensión de corriente alterna a la misma frecuencia que una frecuencia de línea de un lado de estator, al excitar un arrollamiento de rotor a una frecuencia de deslizamiento por medio de un convertidor, a fin de variar la velocidad de rotación, así como de reducir la capacidad del convertidor, en comparación con la capacidad del generador.

Cuando una tensión cae como consecuencia de un accidente de derivación a tierra en una línea de potencia, el generador-doblemente alimentado funciona suministrando una corriente al punto del accidente. En este caso, como se induce una corriente excesivamente grande en el arrollamiento secundario para provocar el flujo de una corriente excesivamente grande al interior de convertidor para excitación conectado en el lado secundario, se han venido empleando ciertos métodos para incrementar la capacidad de resistencia del convertidor hasta el mismo nivel que el régimen del generador o superior a éste, al objeto de proporcionar un elemento reactivo de corriente alterna para cortocircuitar el arrollamiento secundario, y, similarmente, con el fin de que el convertidor pueda soportar la corriente excesivamente elevada. Asimismo, el documento de Patente JP-A-11-18486 (Párrafo (0004) de la Descripción) describe la práctica de encender o activar un número diferente de medios de conversión de potencia dispuestos en paralelo, de acuerdo con la magnitud de la potencia de flujo de entrada instantánea.

Sumario de la invención

Puesto que el convertidor se detiene de inmediato cuando el arrollamiento secundario es cortocircuitado por el elemento reactivo de corriente alterna, se necesita un tiempo prolongado para volver a arrancar el convertidor con el fin de suministrar de nuevo la potencia. También, un incremento en la capacidad del convertidor provocará un incremento en el coste del sistema, y dañará la característica del sistema que se sirve del generador doblemente alimentado. Asimismo, cuando el arrollamiento secundario es cortocircuitado por el elemento reactivo de corriente alterna, el convertidor se detiene de inmediato y se vuelve a arrancar después de que se ha extraído una corriente excesivamente grande y se ha abierto entonces un cortocircuito, con lo que lleva un tiempo prolongado suministrar de nuevo la potencia.

Es un objeto de la presente invención proporcionar un aparato de conversión para la excitación del secundario, que sea capaz de llevar a cabo simultáneamente la protección de un convertidor para excitación del generador de doble alimentación ante una corriente excesiva que se genera debido a un accidente de la línea o a una perturbación de línea, y un funcionamiento continuo de un convertidor.

En la presente invención, se ha instalado un rectificador en paralelo con un convertidor a través de un elemento reactivo, con el fin de proteger el convertidor de una corriente excesiva generada en un arrollamiento secundario de un generador doblemente alimentado durante la perturbación de la línea, de tal manera que la corriente en exceso que fluye desde el arrollamiento secundario es desviada hacia el rectificador con el fin de reducir la cantidad de corriente que fluye al interior del convertidor.

El aparato de conversión de la presente invención es capaz de reducir la capacidad de transporte de corriente del convertidor gracias a que se evita que fluya al interior del convertidor una corriente excesiva generada en el arrollamiento secundario del generador doblemente alimentado, durante la perturbación de la línea.

En la presente invención, la impedancia de un rectificador, que sirve para manejar una corriente excesiva, es reducida con el fin de proteger un convertidor para excitación, asociado a un generador doblemente alimentado, de una corriente excesiva debida a una perturbación en la línea, así como llevar a cabo un funcionamiento continuo. En lo que sigue, la presente invención se describirá en detalle con referencia a los dibujos que se acompañan.

Breve descripción de los dibujos

La Figura 1 muestra un diagrama explicativo de la configuración de circuito de un aparato de generación de potencia de acuerdo con una primera realización.

La Figura 2 muestra un diagrama de bloques de control de un controlador para el aparato de generación de potencia de la primera realización.

Descripción de las realizaciones

La Figura 1 es un diagrama de conexión de línea única que ilustra la configuración de un aparato de acuerdo con esta realización. Si bien se describe aquí un generador de potencia de viento, la presente invención puede aplicarse a cualquier otro caso en el que se utilice una fuerza de accionamiento diferente a la de un aerogenerador 101.

En primer lugar se proporcionará una descripción de un cableado y un aparato eléctricos destinados a suministrar como salida potencia generada. Un generador de potencia de viento, Gen, es un generador doblemente alimentado (generador de inducción de rotor arrollado), y una salida de corriente alterna trifásica de un lado de estator (lado primario) del generador Gen se conecta a un lado secundario de un dispositivo de contacto electromagnético CTT1, que puede ser abierto/cerrado en respuesta a una señal externa. También, el dispositivo de contacto electromagnético tiene un lado primario conectado a un lado primario de un dispositivo de contacto electromagnético CTT2 y a un lado secundario de un disruptor o disyuntor BR ("breaker"). El disyuntor BR tiene un lado primario conectado a una línea de suministro de potencia, no mostrada.

El disyuntor BR comprende, por ejemplo, una función de corte o interrupción de una corriente mediante la apertura del disyuntor en respuesta a una corriente excesiva. Cuando se activa el disyuntor BR, se alimenta en potencia un controlador CTRL existente en el generador de potencia de viento. Se utiliza un dispositivo de batería, tal como un suministro de potencia ininterrumpible, para suministrar la potencia al controlador CTRL incluso en el caso de un accidente en la línea.

El dispositivo de contacto electromagnético CTT2 tiene un lado secundario conectado a un terminal de salida de corriente alterna de un convertidor CNV para su asociación a través de un condensador Cn y un elemento reactivo Ln, conectados en triángulo. Por otra parte, el convertidor CNV para asociación tiene un terminal de salida de corriente continua (CC) conectado a un terminal de salida de corriente continua del convertidor INV para excitación, a través de un condensador de suavización o descrestado de corriente continua, Cd.

El convertidor CNV para asociación y el convertidor INV para excitación comprenden, por ejemplo, un conmutador de potencia de semiconductor (tiristor, GTO, IGBT, MOSFET de potencia), y tienen, respectivamente, las funciones de convertir una corriente alterna en una corriente continua y convertir una corriente continua en una corriente alterna.

El convertidor INV para excitación tiene un terminal de salida de corriente alterna conectado a un terminal de arrollamiento secundario del generador Gen a través de un reactor Lr y de un condensador Cr.

Existe un rectificador REC conectado al terminal de arrollamiento secundario del generador Gen a través de un elemento reactivo Lx, en paralelo con el convertidor para excitación. Este rectificador REC tiene conectada su parte de corriente continua a una parte de corriente continua del convertidor INV, por ejemplo, el condensador de suavización o descrestado Cd, y está también conectado a un aparato de consumo de energía, LOD, que comprende un conmutador semiconductor de potencia y una resistencia. Si bien la siguiente descripción se realizará para el caso en que el rectificador REC comprende un rectificador de diodos, éste no está limitado al rectificador de diodos, sino que es posible utilizar un conmutador de potencia de semiconductor...

1. Un aparato de conversión para excitación de secundario, que comprende un convertidor para excitación de corriente alterna, destinado a excitar en corriente alterna un arrollamiento secundario de un generador doblemente alimentado que tiene un estator conectado a una línea de potencia, y un controlador para dicho convertidor para excitación de corriente alterna, en el cual:

dicho convertidor para excitación de corriente alterna comprende un primer convertidor para excitación y un segundo convertidor para asociación, de tal modo que dicho primer convertidor tiene un lado de corriente continua conectado a un lado de corriente continua de dicho segundo convertidor,

dicho primer convertidor tiene un lado de corriente alterna conectado a un arrollamiento secundario de dicho generador doblemente alimentado, a través de una primera impedancia, y

dicho aparato de conversión comprende adicionalmente un rectificador que tiene un lado de corriente continua conectado en paralelo con los lados de corriente continua conectados de dicho primer convertidor y de dicho segundo convertidor, así como un lado de corriente alterna conectado al arrollamiento secundario de dicho generador doblemente alimentado, a través de una segunda impedancia.

2. Un aparato de conversión para excitación de secundario, de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual dicha primera impedancia y dicha segunda impedancia comprenden elementos reactivos.

3. Un aparato de conversión para excitación de secundario, de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual dicha primera impedancia tiene un valor que es mayor que el de dicha segunda impedancia.

4. Un aparato de conversión para excitación de secundario, de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual dicho rectificador es un rectificador de diodos.

5. Un aparato de conversión para excitación de secundario, de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende adicionalmente medios de consumo de energía, conectados a un lado de corriente continua de dicho rectificador.

6. Un aparato de conversión para excitación de secundario, de acuerdo con la reivindicación 5, en el cual:

dicho controlador utiliza dichos medios de consumo de energía para controlar una tensión en el lado de corriente continua de dicho rectificador, de manera que sea un valor predeterminado o inferior a éste.

7. Un aparato de conversión para excitación de secundario, de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual:

dicho convertidor para excitación de corriente alterna incluye un terminal para conectar un lado de corriente alterna de dicho diodo rectificador al arrollamiento secundario de dicho generador doblemente alimentado, a través de dicha segunda impedancia, y un terminal destinado a conectar el lado de corriente continua de dicho diodo rectificador a los lados de corriente continua conectados de dicho primer convertidor y de dicho segundo convertidor.

8. Un aparato de generación doblemente alimentado, que comprende un generador doblemente alimentado que tiene un estator conectado a una línea de potencia, un convertidor de potencia para excitación de corriente alterna, destinado a excitar en corriente alterna un arrollamiento secundario de dicho generador doblemente alimentado, y un controlador para dicho convertidor para excitación de corriente alterna, en el cual:

dicho convertidor para excitación de corriente alterna comprende un primer convertidor para excitación y un segundo convertidor para asociación, de tal modo que dicho primer convertidor tiene un lado de corriente continua conectado a un lado de corriente continua de dicho segundo convertidor,

dicho primer convertidor tiene un lado de corriente alterna conectado al arrollamiento secundario de dicho generador doblemente alimentado, a través de un primer elemento reactivo,

dicho aparato de generación comprende un rectificador que tiene un lado de corriente continua conectado en paralelo con los lados de corriente continua conectados de dicho primer convertidor y de dicho segundo convertidor, así como un lado de corriente alterna conectado al arrollamiento secundario de dicho generador doblemente alimentado, a través de un segundo elemento reactivo, y

dicho primer elemento reactivo tiene una impedancia que es mayor que la impedancia de dicho segundo elemento reactivo.

9. Un aparato de generación doblemente alimentado, de acuerdo con la reivindicación 8, en el cual dicho rectificador es un rectificador de diodos.

10. Un aparato de generación doblemente alimentado, de acuerdo con la reivindicación 9, en el cual:

dicho convertidor para excitación de corriente alterna incluye un terminal para conectar un lado de corriente alterna de dicho rectificador de diodos al arrollamiento secundario de dicho generador doblemente alimentado, a través de dicha segunda impedancia, así como un terminal para conectar el lado de corriente continua de dicho rectificador de diodos a los lados de corriente continua conectados de dicho primer convertidor y de dicho segundo convertidor.

11. Un aparato de generación doblemente alimentado, de acuerdo con la reivindicación 8, que comprende medios de consumo de energía, conectados al lado de corriente continua de dicho rectificador, de tal modo que dichos medios de consumo de energía incluyen un conmutador semiconductor y una resistencia.

12. Un aparato de generación de potencia de viento doblemente alimentado, que comprende un generador doblemente alimentado que tiene un rotor accionado por un aerogenerador, y un estator conectado a una línea de potencia, un convertidor para la excitación de corriente alterna, destinado a excitar en corriente alterna un arrollamiento secundario de dicho generador doblemente alimentado, y un controlador para dicho convertidor para excitación de corriente alterna, en el cual:

dicho convertidor para excitación de corriente alterna comprende un primer convertidor para excitación y un segundo convertidor para asociación, de tal modo que dicho primer convertidor tiene un lado de corriente continua conectado a un lado de corriente continua de dicho segundo convertidor,

dicho primer convertidor tiene un lado de corriente alterna conectado al arrollamiento secundario de dicho generador doblemente alimentado, a través de un primer elemento reactivo,

dicho aparato de generación comprende:

un rectificador, que tiene un lado de corriente continua conectado en paralelo con los lados de corriente continua conectados de dicho primer convertidor y de dicho segundo convertidor, así como un lado de corriente alterna conectado al arrollamiento secundario de dicho generador doblemente alimentado, a través de un segundo elemento reactivo; y

medios de consumo de energía, conectados al lado de corriente continua de dicho rectificador, de tal modo que dichos medios de consumo de energía incluyen un conmutador semiconductor y una resistencia, y

dicho primer reactor tiene una impedancia que es mayor que la impedancia de dicho segundo reactor.