Generador para turbina eólica con bobinados independientes que comprende,

un sistema (1) convertidor para acoplar un generador (2) de una turbina eólica a una red (3), sistema convertidor que comprende N1 módulos de convertidor (10) conectados en paralelo, en el que N1>1, caracterizado porque

cada uno de dichos N1 módulos convertidores (10) está conectado a un conjunto separado de bobinados (20) de generador, existiendo N2 conjuntos de bobinados de generador y N1=N2, de manera que el generador comprende tantos conjuntos de bobinados (20) como módulos convertidores (10),

y cada uno de dichos N2 conjuntos de bobinados se coloca en una sección limitada del estator de la turbina eólica

Generador para turbina eólica con bobinados independientes.

Campo de la invención

La presente invención se encuentra en el campo de las turbinas eólicas y su acoplamiento a la red eléctrica mediante el sistema de accionamiento eléctrico correspondiente; más específicamente, se refiere a un sistema de accionamiento eléctrico, convertidor y generador, para conectar la turbina eólica a la red eléctrica. También se refiere al diseño de las disposiciones de bobinado en el generador en conexión con un sistema convertidor de este tipo.

Antecedentes de la invención

El rotor o álabes de turbinas eólicas están conectados directa o indirectamente mediante una caja de cambios a un generador AC, que a su vez está conectado con la red, normalmente mediante un transformador elevador. Por ejemplo, en turbinas eólicas grandes, por encima de 100-150 kW, el voltaje (tensión) generado por la turbina se encuentra normalmente entre 400 a 1000 V AC trifásica; la corriente se envía posteriormente a través del transformador elevador para elevar el voltaje a aproximadamente entre 10 y 36 kV, en función de la norma en la red eléctrica local.

Cuando el generador AC es parte de una turbina eólica con velocidad de rotor variable, dicho generador AC se conecta a la red eléctrica a través de un convertidor electrónico de energía.

La patente estadounidense US-7042110-B2 da a conocer una turbina eólica con velocidad variable que emplea un rotor conectado a una multiplicidad de generadores síncronos con campo bobinado o rotores de imanes permanentes. Un rectificador pasivo y un inversor se emplean para transferir energía de vuelta a la red. Una unidad de control de turbina (TCU, turbine control unit) ordena un par de torsión de generador necesario basado en potencia disponible y velocidad de rotor de los inversores de turbina. El par de torsión se controla regulando la corriente continua DC mediante el control del inversor.

Todas las unidades de convertidor electrónico de potencia están interconectadas, y también tiene una conexión común con el generador, presentando solamente un conjunto de bobinados para todas las unidades de convertidor. Esto implica un problema con respecto a las corrientes de circulación que fluyen entre las unidades de convertidor, y una pérdida subsiguiente de energía entre las unidades de convertidor. Es decir, estas unidades de convertidor están produciendo corrientes de circulación en el camino a tierra y en el sistema convertidor, debido al circuito de enlace DC flotante en el sistema convertidor de fuente de voltaje. Por tanto, el tamaño del sistema convertidor ha de aumentarse para manejar estas corrientes de circulación adicionales.

En el caso de un falta en un convertidor, dicha falta afectará y destruirá quizá el resto del sistema convertidor si las unidades de convertidor están conectadas directamente (por cables) o indirectamente (magnéticamente).

Descripción de la invención

La invención se refiere a un sistema de accionamiento eléctrico para una turbina eólica según la reivindicación 1. En las reivindicaciones dependientes se definen realizaciones preferidas del sistema de accionamiento eléctrico.

La invención se refiere a un sistema de accionamiento eléctrico para acoplar un generador de una turbina eólica a una red, que comprende un sistema de convertidor que a su vez comprende N1 módulos convertidores conectados en paralelo, en el que N1>1; según un primer aspecto de la invención, dichos dos o más módulos convertidores están conectados en cada caso en un conjunto independiente de bobinados o arrollamientos de generador; presentándose N2 conjuntos de bobinados de generador y N1= N2, de manera que el generador comprende tantos conjuntos de bobinados como módulos convertidores; y cada uno de los dichos N2 conjuntos de bobinados se sitúa en una sección limitada del estator de la turbina eólica. De esta manera, cada conjunto de bobinados está desacopla magnéticamente de los otros conjuntos de bobinados.

Así, los dos o más módulos convertidores son totalmente independientes unos de otros, no existiendo prácticamente ningún acoplamiento magnético entre ellos, y por tanto evitando las corrientes de circulación, que es un problema en los sistemas convertidores paralelos en la técnica anterior.

Por tanto, con esta configuración modular del sistema convertidor, si uno de los módulos convertidores no funciona, no implica que el acoplamiento del generador a la red eléctrica esté caído, y la turbina eólica puede continuar funcionado.

Es decir, si el sistema de accionamiento eléctrico tiene por ejemplo tres módulos convertidores, el generador tiene tres conjuntos de bobinados aislados para cada fase, y cada módulo convertidor está conectado a cada conjunto de bobinados en el generador, no existiendo ninguna conexión directa entre los módulos convertidores. Así, en el caso de un generador trifásico, tendrá un total de nueve bobinados aislados. Por tanto, cada módulo convertidor está totalmente aislado de los otros módulos convertidores.

Según una realización preferida, cada conjunto de bobinados de generador se forma mediante dos o más subconjuntos de bobinados, presentando cada uno de dichos N2 conjuntos de bobinados dos pares de polos. De esta manera, existen al menos dos pares de polos por conjunto de bobinados, es decir un total de al menos 2xN2 pares de polos. Por tanto, con esta disposición de bobinado con dobles pares de polos se consigue un equilibrio mecánico de las fuerzas radiales del generador. Es decir, no hay fuerzas de desequilibrio en el generador o cojinetes.

Por tanto, con la realización preferida con dobles pares de polos (2xN2) y la configuración modular del convertidor, las fuerzas se equilibran, lo que es especialmente importante si solamente están funcionando algunos de los módulos convertidores.

De esta manera, los dos o más módulos convertidores son totalmente independientes unos de otros, no existiendo acoplamiento magnético entre ellos, y reduciendo por tanto las corrientes de circulación, que es un problema en los sistemas convertidores paralelos de la técnica anterior.

Según una realización preferida de la invención, el sistema convertidor también incluye medios de conmutación para conmutar uno o más de los módulos convertidores, siendo posible de esta manera desconectar el módulo convertidor que ha fallado. Por tanto, aumenta la disponibilidad global de la turbina eólica.

Preferiblemente, cada módulo convertidor comprende un inversor de generador y un inversor de red; de esta manera, es posible incluir algoritmos de control para el convertidor de generador.

Según la presente invención, en el caso de fallo en un módulo convertidor, todo el sistema de control distribuye la demanda de energía total en los demás módulos convertidores, y limita la energía máxima a, por ejemplo, 2/3 de la energía total (si un sistema de tres falla): S_tot=((N1-F)/N1)*S_max, siendo N1 el número de módulos convertidores y F es el número de módulos convertidores que han fallado.

Esta realización preferida consigue mejores características mecánicas en el generador resultante, junto con una mejor calidad en la potencia disponible, como ya se ha mencionado anteriormente.

Preferiblemente, el sistema de accionamiento eléctrico comprende además medios de control para habilitar/desha- bilitar el funcionamiento de al menos uno de dichos N1 módulos convertidores en respuesta a un parámetro relacionado con la cantidad de energía eléctrica suministrada a la red.

Breve descripción de los dibujos

Para completar la descripción y para proporcionar una mejor comprensión de la invención, se proporciona un conjunto de dibujos. Dichos dibujos forman una parte integrante de la descripción e ilustran realizaciones preferidas de la invención, que no deberían interpretarse como limitativas del alcance de la invención, sino sólo como ejemplos de cómo puede ponerse en práctica la invención. Los dibujos comprenden las siguientes figuras:

La figura 1 ilustra un parte de un sistema de accionamiento eléctrico de un generador de turbina eólica según una primera realización de la invención.

La figura 2, ilustra otro posible diseño de un parte de un sistema de accionamiento eléctrico de un sistema generador de turbina eólica, incluyendo una disposición de bobinado preferida.

La figura 3 es una vista ampliada de un generador y su disposición de bobinado según...

1. Generador para turbina eólica con bobinados independientes, que comprende un sistema convertidor para acoplarse a una red, sistema convertidor que comprende N1 módulos convertidores (10) conectados en paralelo, en el que N1>1, caracterizado porque

cada uno de dichos N1 módulos convertidores (10) está conectado a un conjunto separado de bobinados (20) de generador, existiendo N2 conjuntos de bobinados de generador y N1=N2, de manera que el generador comprende tantos conjuntos de bobinados (20) como módulos convertidores (10),

y cada uno de dichos N2 conjuntos de bobinados se coloca en una sección limitada del estator de la turbina eólica.

2. Generador según la reivindicación 1, caracterizado porque cada conjunto de bobinados de generador se ubica en dos sectores enfrentados del generador formando dos o más subconjuntos de bobinados (20, 22; 20', 22'; 21, 21'), presentando cada uno de dichos N2 conjuntos de bobinados al menos dos pares de polos (30).

3. Generador según cualquier reivindicación anterior, caracterizado porque comprende adicionalmente medios de conmutación para conmutar uno o más de los N1 módulos convertidores.

4. Generador según cualquier reivindicación anterior, caracterizado porque cada módulo convertidor (10) comprende un inversor de generador (11) y un inversor de red (12).

5. Generador según cualquier reivindicación anterior, caracterizado porque comprende adicionalmente medios de control para habilitar/deshabilitar el funcionamiento de al menos uno de dichos N1 módulos convertidores en respuesta a un parámetro relacionado con la cantidad de energía eléctrica suministrada a la red.