LIMITACION DE CORRIENTE PARA UNA MAQUINA ASINCRONA DE DOBLE ALIMENTACION.

Procedimiento para limitar una corriente de una máquina asíncrona (5) de doble alimentación,

en la que se regulan la potencia activa cedida o absorbida y la potencia reactiva cedida o absorbida con ayuda de valores nominales prefijados de las potencias activa y reactiva, en donde se calculan durante el funcionamiento de la máquina asíncrona de doble alimentación, a partir de la corriente máxima admisible prefijada (16), con ayuda de un modelo de la máquina asíncrona (5), un valor nominal máximo admisible de la potencia activa (10a) a ceder o absorber y un valor nominal máximo admisible de la potencia reactiva (10b) a ceder o absorber de tal manera que no se sobrepase dicha corriente máxima admisible prefijada, caracterizado porque se limitan los valores nominales prefijados de potencia activa y potencia reactiva a los valores nominales máximos admisibles calculados de la potencia activa y la potencia reactiva, en donde en caso de una prioridad potencia activa, se determina primero el valor nominal máximo admisible de la potencia activa (10a) a ceder o absorber y se determina el valor nominal máximo admisible de la potencia reactiva (10b) a ceder o absorber en función del valor nominal de la potencia activa a ceder o absorber, y en caso de que se indique una prioridad potencia reactiva, se determina primero el valor nominal máximo admisible de la potencia reactiva (10b) a ceder o absorber y se determina el valor nominal máximo admisible de la potencia activa (10a) a ceder o absorber en función del valor nominal máximo admisible de la potencia reactiva a ceder o absorber

Limitación de corriente para una máquina asíncrona de doble alimentación.

La presente invención concierne a un procedimiento y un dispositivo para regular las potencias activa y reactiva cedidas o absorbidas de una máquina asíncrona de doble alimentación, en la que se deberá limitar la corriente de la máquina.

La máquina asíncrona de doble alimentación es una máquina asíncrona cuyo estator se hace funcionar generalmente con una tensión de amplitud y frecuencia constantes y, por ejemplo, está unido con una red eléctrica. El rotor de una máquina asíncrona de doble alimentación está unido eléctricamente, a través de anillos rozantes, con un convertidor, preferiblemente un inversor de pulsación. Se puede imprimir así en el rotor una tensión con amplitud y frecuencia variables. La máquina asíncrona de doble alimentación hace posible el funcionamiento con tensión de estator o tensión de red constante y con número variable de revoluciones del rotor. Mediante una unidad de control se puede activar el convertidor de modo que se puedan regular las potencias activa y reactiva cedidas o absorbidas por la máquina asíncrona de doble alimentación. La máquina asíncrona de doble alimentación se utiliza, por ejemplo, en instalaciones de energía eólica de alta potencia, como generador de olas y en combinación con acumuladores de masa centrífuga.

Para proteger la máquina y el convertidor contra una sobrecarga térmica no se deberá sobrepasar una corriente máxima admisible. Hay que distinguir aquí una corriente estática máxima admisible y una corriente dinámica máxima admisible.

La corriente estática máxima admisible puede depender de diferentes factores, por ejemplo de la frecuencia de resbalamiento de la máquina, la temperatura ambiente o la frecuencia de conmutación del convertidor. Sin embargo, la corriente estática máxima admisible depende también de la refrigeración de la máquina y del convertidor. En caso de una refrigeración forzada por aire producida por un ventilador separado, la corriente admisible puede depender también de la tensión del ventilador, la cual corresponde en general a la tensión de la red.

En sistemas con carga permanente es suficiente la fijación de una corriente estática máxima admisible. En sistemas con cargas continuamente cambiantes existe en general el requisito de admitir una holgura de carga definida para no tener que diseñar el sistema para una carga permanente correspondiente a la máxima carga de corta duración. Se admite aquí por breve tiempo una corriente superior a la corriente permanente admisible. Simplificando, se parte en general de que las potencias de pérdida y, por tanto, la carga térmica del sistema aumentan proporcionalmente al cuadrado de la intensidad de corriente. Para no sobrecargar el sistema hay que asegurarse de que el valor medio temporal del cuadrado de la intensidad de corriente no sobrepase el cuadrado de la intensidad de corriente permanente máxima admisible. De esta manera, se define una corriente dinámica máxima admisible.

Frecuentemente, para la regulación de las potencias activa y reactiva cedidas o absorbidas de una máquina asíncrona de doble alimentación se emplea una estructura de regulación en cascada. En este caso, existe un respectivo regulador para potencia activa y para potencia reactiva. Las salidas de los reguladores de potencia representan los valores nominales de la corriente para reguladores de corriente subordinados. Los valores nominales de la corriente se comparan con los valores reales. Las señales diferencia forman la entrada para los reguladores de corriente subordinados. La limitación de la corriente a un valor máximo admisible, sea ahora un valor de corriente estático máximo admisible o un valor de corriente dinámico máximo admisible, puede realizarse en una disposición de esta clase de una manera muy sencilla mediante la limitación de las salidas de los reguladores de potencia activa y de potencia reactiva. Sin embargo, esta estructura de regulación adolece de claros inconvenientes: Debido a la estructura en cascada con los reguladores de corrientes subordinados se tienen que aceptar restricciones respecto de la dinámica. Mediante determinadas estructuras de regulador se puede mejorar ciertamente la dinámica, pero tales estructuras de regulador imponen altos requisitos al ajuste de parámetros. Solamente una estructura de regulador cuidadosamente sintonizada con la respectiva instalación puede mejorar la dinámica de la regulación.

Se conocen por el documento GB 2 411 252 A un procedimiento y un dispositivo para regular una corriente de una máquina asíncrona de doble alimentación, en los que se regulan las potencias activa y reactiva absorbidas o cedidas con ayuda de valores nominales prefijados.

Se conoce por el documento GB 2 410 386 A el recurso de limitar en una máquina asíncrona de doble alimentación las corrientes y tensiones de salida con ayuda de valores límites prefijados.

Debido a los inconvenientes anteriormente descritos hay que aspirar, en caso de altos requisitos dinámicos, a que se prescinda de reguladores de corriente subordinados.

A este fin, es imaginable en principio limitar la corriente indirectamente, en concreto mediante una limitación de los valores nominales de las potencias activa y reactiva cedidas o absorbidas. Sería imaginable para ello obtener y utilizar una curva característica con valores nominales máximos admisibles de las potencias activa y reactiva cedidas o absorbidas en función de diferentes magnitudes de influencia. Tales magnitudes de influencia podrían ser, por ejemplo, la tensión, la frecuencia o el número de revoluciones. No obstante, las otras muchas magnitudes de influencia conducirían inevitablemente a inexactitudes relativamente grandes de las curvas características precalculadas. Esto tendría la consecuencia de que en muchos estados de funcionamiento se tendrían que limitar las corrientes más fuertemente de lo que sería necesario para proteger la instalación. Por tanto, el convertidor y la máquina tendrían que diseñarse con este concepto de protección para una potencia correspondientemente más alta a fin de garantizar siempre el mantenimiento de los valores admisibles; sin embargo, este mantenimiento permanente de los valores admisibles es irrenunciable.

Por tanto, el problema de la presente invención consiste en limitar fiablemente la corriente de una máquina asíncrona de doble alimentación, cuyas potencias activa y reactiva cedidas o absorbidas sean reguladas, de modo que no se influya sobre la dinámica de la regulación de potencia y la instalación pueda diseñarse para una potencia lo más pequeña posible.

Para resolver el problema anteriormente citado se proponen un procedimiento con las características de la reivindicación 1 y un dispositivo con las características de la reivindicación 14.

Ejecuciones ventajosas de la invención están descritas en las reivindicaciones subordinadas.

Para resolver el problema citado se propone un procedimiento para limitar una corriente de una máquina asíncrona de doble alimentación, en donde se regulan las potencias activa y reactiva cedidas o absorbidas de la máquina asíncrona de doble alimentación y en donde se determinan durante el funcionamiento de la máquina asíncrona de doble alimentación con ayuda de un modelo de la máquina asíncrona, a partir de la corriente máxima admisible, un valor nominal máximo admisible de la potencia activa a ceder o absorber y un valor nominal máximo admisible de la potencia reactiva a ceder o absorber de tal manera que no se sobrepase esta corriente máxima admisible, y en donde se limitan los valores nominales prefijados de potencia activa y potencia reactiva a los valores máximos admisibles calculados.

Por tanto, en la solución según la invención ya no son necesarios reguladores de corriente subordinados, puesto que se limitan los valores nominales de las potencias activa y reactiva cedidas o absorbidas y se realice así indirectamente la limitación de corriente. En contraste con una solución por curva característica anteriormente explicada, no se calculan de antemano los valores nominales máximos admisibles de las potencias activa y reactiva cedidas o absorbidas, sino que se calculan estos valores durante el funcionamiento de la máquina asíncrona de doble alimentación - preferiblemente empleando una realimentación adecuada -. Se pueden determinar así individualmente para el respectivo punto de trabajo los valores nominales...

1. Procedimiento para limitar una corriente de una máquina asíncrona (5) de doble alimentación, en la que se regulan la potencia activa cedida o absorbida y la potencia reactiva cedida o absorbida con ayuda de valores nominales prefijados de las potencias activa y reactiva,

en donde se calculan durante el funcionamiento de la máquina asíncrona de doble alimentación, a partir de la corriente máxima admisible prefijada (16), con ayuda de un modelo de la máquina asíncrona (5), un valor nominal máximo admisible de la potencia activa (10a) a ceder o absorber y un valor nominal máximo admisible de la potencia reactiva (10b) a ceder o absorber de tal manera que no se sobrepase dicha corriente máxima admisible prefijada,

caracterizado porque se limitan los valores nominales prefijados de potencia activa y potencia reactiva a los valores nominales máximos admisibles calculados de la potencia activa y la potencia reactiva, en donde

en caso de una prioridad potencia activa, se determina primero el valor nominal máximo admisible de la potencia activa (10a) a ceder o absorber y se determina el valor nominal máximo admisible de la potencia reactiva (10b) a ceder o absorber en función del valor nominal de la potencia activa a ceder o absorber, y

en caso de que se indique una prioridad potencia reactiva, se determina primero el valor nominal máximo admisible de la potencia reactiva (10b) a ceder o absorber y se determina el valor nominal máximo admisible de la potencia activa (10a) a ceder o absorber en función del valor nominal máximo admisible de la potencia reactiva a ceder o absorber.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque en el cálculo de los valores nominales máximos admisibles para las potencias activa y reactiva se aprovecha con fines de corrección al menos el valor real de la corriente que se debe limitar.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque se obtiene una potencia aparente máxima admisible a partir de la corriente máxima admisible por medio de un modelo simplificado de la máquina asíncrona (5) de doble alimentación.

4. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque, en caso de que se indique una prioridad potencia activa, se determina el valor nominal máximo admisible de la potencia activa (10a) a ceder o absorber a partir de la potencia aparente máxima admisible y una potencia activa de corrección (11a), y se determina el valor nominal máximo admisible de la potencia reactiva (10b) a ceder o absorber a partir del valor real de la potencia activa cedida o absorbida (2a), la potencia activa de corrección (11a) y una potencia reactiva de corrección (11b).

5. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque, en caso de que se indique una prioridad potencia reactiva, se determina el valor nominal máximo admisible de la potencia reactiva (10b) a ceder o absorber a partir de la potencia aparente máxima admisible y una potencia reactiva de corrección (11b), y se determina el valor nominal máximo admisible de la potencia activa (11a) a ceder o absorber a partir del valor real de la potencia reactiva cedida o absorbida (2b), la potencia reactiva de corrección (11b) y una potencia activa de corrección (11a).

6. Procedimiento según la reivindicación 4 ó 5, caracterizado porque se determina la potencia activa de corrección (11a) por medio de una ley de adaptación a partir del valor real (2a) y un valor de aproximación para la potencia activa cedida o absorbida, consistiendo el valor de aproximación en la suma de la potencia activa de corrección retroalimentada (11a) y una potencia activa que se obtiene por medio del modelo simplificado de la máquina asíncrona de doble alimentación.

7. Procedimiento según la reivindicación 4 ó 5, caracterizado porque se determina la potencia reactiva de corrección (11b) por medio de una ley de adaptación a partir del valor real (2b) y un valor de aproximación para la potencia reactiva cedida o absorbida, consistiendo el valor de aproximación en la suma de la potencia reactiva de corrección retroalimentada (11b) y una potencia reactiva que se obtiene por medio del modelo simplificado de la máquina asíncrona de doble alimentación.

8. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 3 a 7, caracterizado porque se determina la potencia aparente máxima admisible a partir de magnitudes cosistema y se determina la componente cosistema máxima admisible de la corriente aminorando la corriente máxima admisible en la medida de la componente contrasistema del valor real de la corriente.

9. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 4 a 7, caracterizado porque se emplea el valor real de la potencia activa cosistema cedida o absorbida en lugar del valor real de la potencia activa cedida o absorbida y se emplea el valor real de la potencia reactiva cosistema cedida o absorbida en lugar del valor real de la potencia reactiva cedida o absorbida.

10. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 6 ó 7, caracterizado porque se emplean magnitudes cosistema para obtener la potencia activa y la potencia reactiva por medio del modelo simplificado de la máquina asíncrona de doble alimentación.

11. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque se limita la corriente del rotor de la máquina asíncrona de doble alimentación.

12. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque se limita la corriente del estator de la máquina asíncrona de doble alimentación.

13. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque se regulan las potencias activa y reactiva del estator de la máquina asíncrona de doble alimentación o las potencias activa y reactiva de la red a la que está conectada la máquina asíncrona de doble alimentación.

14. Dispositivo para regular la potencia activa cedida o absorbida y la potencia reactiva cedida o absorbida de una máquina asíncrona (5) de doble alimentación, en donde el dispositivo comprende medios para limitar una corriente de la máquina asíncrona de doble alimentación, en donde se determinan con los medios durante el funcionamiento de la máquina asíncrona de doble alimentación, con ayuda de un modelo matemático de la máquina asíncrona y a partir de la corriente máxima admisible prefijada, un valor nominal máximo admisible de la potencia activa (10a) a ceder o absorber y un valor nominal máximo admisible de la potencia reactiva (10b) a ceder o absorber de tal manera que no se sobrepase la corriente máxima admisible (16), caracterizado porque

los medios están concebidos en el sentido de limitar los valores nominales de potencia activa y potencia reactiva prefijados a los valores nominales máximos admisibles calculados de la potencia activa y la potencia reactiva,

el dispositivo comprende medios para indicar una prioridad,

en caso de que se indique una prioridad potencia activa, se determina primero con los medios el valor nominal máximo admisible de la potencia activa (10a) a ceder o absorber y se determina con los medios el valor nominal máximo admisible de la potencia reactiva (10b) a ceder o absorber en función del valor nominal de la potencia activa a ceder o absorber, y

en caso de que se indique una prioridad potencia reactiva, se determina primero con los medios el valor nominal máximo admisible de la potencia reactiva (10b) a ceder o absorber y se determina con los medios el valor nominal máximo admisible de la potencia activa (10a) a ceder o absorber en función del valor nominal máximo admisible de la potencia reactiva a ceder o absorber.

15. Dispositivo según la reivindicación 14, caracterizado porque éste está concebido también para poner en práctica un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 13.