Un procedimiento para operar un convertidor (26, 26'', 26'''') de frecuencias de un generador (14,

14'', 14''''), en particular de una turbina (10, 10'', 10'''') de energía eólica, en el caso de una caída sustancial de la tensión de la red de distribución eléctrica, en el que el convertidor (26, 26'', 26'''') de frecuencias comprende un convertidor (32, 32'', 32'''') de energía del lado del generador, para estar conectado al generador (14, 14'', 14''''), un convertidor (28, 28'', 28'''') de energía del lado de la red de distribución eléctrica, para estar conectado a la red (18, 18'', 18'''') de tensión, y un circuito de enlace de CC (30, 30'', 30'''') para conectar el convertidor (32, 32'', 32'''') de energía del lado del generador al convertidor (28, 28'', 28'''') de energía del lado de la red de distribución eléctrica, comprendiendo el procedimiento la etapa de generar la cantidad de corriente reactiva que va a ser suministrada a la red (18, 18'', 18'''') de distribución eléctrica al controlar el convertidor (26, 26'', 26'''') de frecuencias, de forma que se genere una corriente reactiva, en el que la etapa de generación de corriente reactiva o de control del convertidor de frecuencias se lleva a cabo cuando, durante un cierto periodo de tiempo, disminuye la tensión de la red de distribución eléctrica hasta al menos el 15% de su valor normal

Procedimiento para operar un convertidor de frecuencias de un generador y una turbina de energía eólica que tiene un generador operado según el procedimiento.

Antecedentes de la invención

La presente invención versa acerca de un procedimiento para operar un convertidor de frecuencias de un generador y, en particular, de un generador de una turbina de energía eólica, en el caso de una caída sustancial de la tensión de la red de distribución eléctrica. Además, la presente invención también comprende una turbina de energía eólica que tiene un generador operado en consecuencia. Finalmente, la presente invención también permite el funcionamiento de un generador bajo condiciones normales de la red de distribución eléctrica no estando el generador en su estado operativo para suministrar energía a la red de distribución eléctrica, y una turbina de energía eólica que tiene un generador operado en consecuencia.

La energía eléctrica en las redes públicas de distribución eléctrica es suministrada por medio de diversas fuentes de energía que convierten energía mecánica en energía eléctrica. Las fuentes principales de energía que soportan las redes públicas de distribución eléctrica son las centrales térmicas de carbón y las centrales nucleares. Diversos otros tipos de fuentes de energía, en particular las centrales eléctricas de energía regenerativa, como centrales solares, centrales hidroeléctricas o turbinas de energía eólica, también contribuyen a dar soporte a la red pública de distribución eléctrica.

En el pasado, en el caso de una caída significativa de la tensión de la red de distribución eléctrica en una red pública de distribución eléctrica, se requería que en tal caso se apagasen automáticamente las turbinas de energía eólica. Sin embargo, debido al mayor número de turbinas de energía eólica, se vuelve cada vez más importante que estas turbinas dan soporte a la red pública de distribución eléctrica en el caso de una caída sustancial de la tensión de la red de distribución eléctrica.

En generadores de energía como los utilizados para turbinas de energía eólica, se conoce que hay que acoplar los devanados del rotor del generador por medio de un convertidor de frecuencias a la red de distribución eléctrica. En el convertidor de frecuencias se convierte la frecuencia de la energía generada por el generador a la frecuencia de la red de distribución eléctrica.

Para dar soporte a una red pública de distribución eléctrica, se debe suministrar no solo energía real sino también energía reactiva. Se deben controlar tanto la energía real como la reactiva por medio del convertidor de frecuencias en el caso de condiciones normales de la red de distribución eléctrica. Los procedimientos para controlar la energía reactiva bajo condiciones normales de la red de distribución eléctrica se definen, por ejemplo, en los documentos DE-A-100 20 635, WO-A-01/20745, WO-A-02/086314, WO-A-02/086315 y EP-A-1 222 389 o mediante perturbaciones de la tensión de la red de distribución eléctrica, en el documento US 5798631.

Se requiere con frecuencia creciente que la compañía de electricidad proporcione soporte a la red de distribución eléctrica al suministrar corriente reactiva en el caso de una caída sustancial de la tensión de la red de distribución eléctrica o bajo condiciones normales de la red de distribución eléctrica pero estando desconectados los devanados del estator del generador de la red de distribución eléctrica.

Resumen de la invención

La presente invención proporciona un procedimiento para operar un convertidor de frecuencias de un generador en particular de una turbina de energía eólica, en el caso de una caída sustancial de la tensión de la red de distribución eléctrica, en el que el convertidor de frecuencias comprende un convertidor de energía del lado del generador, para estar conectado al generador, para que esté conectado a un convertidor de energía del lado de la red de distribución eléctrica a la tensión de la red de distribución eléctrica, y un circuito de enlace de CC para conectar el convertidor de energía del lado del generador al convertidor de energía del lado de la red de distribución eléctrica, comprendiendo el procedimiento la etapa de controlar la cantidad de corriente reactiva que va a suministrarse a la red de distribución eléctrica al controlar el convertidor de frecuencias, de forma que se genere una corriente reactiva también en el caso de una caída de la tensión de la red de distribución eléctrica, en el que la etapa de generación de corriente reactiva o el control del convertidor de frecuencias se llevan a cabo cuando, durante un cierto periodo de tiempo, se reduce la tensión de la red de distribución eléctrica hasta al menos el 15% de su valor normal.

Según un primer aspecto de la invención, en el caso de una caída sustancial de la tensión de la red de distribución eléctrica, la cantidad de corriente reactiva que va a ser suministrada a la red de distribución eléctrica está controlada al controlar el convertidor de frecuencia en consecuencia, de forma que se genere corriente reactiva. Dependiendo del tipo de generador utilizado, se puede/n controlar bien el convertidor de energía del lado del generador o el convertidor de energía del lado de la red de distribución eléctrica o ambos convertidores de energía del convertidor de frecuencias. A menudo se denomina al convertidor de energía del lado del generador de un convertidor de frecuencias como un convertidor o rectificador CA/CC, mientras que se denomina al convertidor de energía del lado de la red de distribución eléctrica como un convertidor o inversor CC/CA. En un convertidor de frecuencias, los convertidores de energía del lado del generador y del lado de la red de distribución eléctrica están conectados por medio de un circuito de enlace CC que comprende al menos un condensador.

Si se utiliza un generador asíncrono de doble alimentación o de alimentación dual, en el caso de una caída sustancial de la tensión de la red de distribución eléctrica, según la invención se controla al menos uno de entre el convertidor de energía del lado del generador y el convertidor de energía del lado de la red de distribución eléctrica, de forma que se genere una corriente reactiva necesaria para dar soporte a la red de distribución eléctrica. Una máquina asíncrona de doble alimentación es un generador de inducción cuyos devanados del estator y del rotor están excitados por la red de distribución eléctrica. En el caso de una desconexión de los devanados del estator de la red de distribución eléctrica, según la invención se puede seguir controlando la corriente reactiva en el caso de una caída sustancial de la tensión de la red de distribución eléctrica, porque se controla el convertidor de energía del lado de la red de distribución eléctrica. En el caso de que el generador sea una máquina asíncrona o síncrona, el control de la cantidad de corriente reactiva que va a ser suministrada a la red de distribución eléctrica se lleva a cabo al controlar el convertidor de energía del lado de la red de distribución eléctrica, de forma que se genere corriente reactiva. Si dicho generador en el caso de una caída sustancial de la tensión de la red de distribución eléctrica no se encuentra en su estado operativo para generar energía, es decir, el estator está desconectado de la red de distribución eléctrica, cuando, por ejemplo, la velocidad del viento es menor que el arranque o una mínima velocidad del viento o supera la parada o una máxima velocidad del viento, la cantidad de corriente reactiva que va a ser suministrada a la red de distribución eléctrica está generada al controlar el convertidor de energía del lado de la red de distribución eléctrica.

Más preferentemente y típicamente, la corriente reactiva en el convertidor de frecuencias según la invención, está controlada al controlar el factor de rendimiento (cos f). Sin embargo, según la invención también se pueden utilizar otros mecanismos de control para el desfase que son conocidos fundamentalmente por los expertos en la técnica.

Normalmente, la etapa de control de la corriente reactiva o al menos una de las etapas de control se lleva a cabo cuando, durante un cierto periodo de tiempo, por ejemplo, entre unos pocos milisegundos y unos pocos segundos, se reduce la tensión de la red de distribución eléctrica hasta al menos aproximadamente el 40%, más preferentemente el 20%, y, en particular,...

1. Un procedimiento para operar un convertidor (26, 26', 26'') de frecuencias de un generador (14, 14', 14''), en particular de una turbina (10, 10', 10'') de energía eólica, en el caso de una caída sustancial de la tensión de la red de distribución eléctrica, en el que el convertidor (26, 26', 26'') de frecuencias comprende un convertidor (32, 32', 32'') de energía del lado del generador, para estar conectado al generador (14, 14', 14''), un convertidor (28, 28', 28'') de energía del lado de la red de distribución eléctrica, para estar conectado a la red (18, 18', 18'') de tensión, y un circuito de enlace de CC (30, 30', 30'') para conectar el convertidor (32, 32', 32'') de energía del lado del generador al convertidor (28, 28', 28'') de energía del lado de la red de distribución eléctrica, comprendiendo el procedimiento la etapa de generar la cantidad de corriente reactiva que va a ser suministrada a la red (18, 18', 18'') de distribución eléctrica al controlar el convertidor (26, 26', 26'') de frecuencias, de forma que se genere una corriente reactiva, en el que la etapa de generación de corriente reactiva o de control del convertidor de frecuencias se lleva a cabo cuando, durante un cierto periodo de tiempo, disminuye la tensión de la red de distribución eléctrica hasta al menos el 15% de su valor normal.

2. Un procedimiento según la reivindicación 1, en el que el generador (14) es una máquina asíncrona de doble alimentación y en el que la generación de la cantidad de corriente reactiva que va a ser suministrada a la red (18) de distribución eléctrica se lleva a cabo al controlar al menos uno entre el convertidor (32) de energía del lado del generador y el convertidor (28) de energía del lado de la red de distribución eléctrica.

3. Un procedimiento según la reivindicación 2, en el que, si el generador (14) no se encuentra en su estado operativo para generar energía, la corriente reactiva que va a ser suministrada a la red (18) de distribución eléctrica se genera al controlar el convertidor (28) de energía del lado de la red de distribución eléctrica.

4. Un procedimiento según la reivindicación 1, en el que la etapa de generación de corriente reactiva o de control del convertidor de frecuencias se lleva a cabo cuando, durante un cierto periodo de tiempo, se reduce la tensión de la red de distribución eléctrica hasta al menos el 20% de su valor normal.

5. Un procedimiento según la reivindicación 1, en el que la etapa de generación de corriente reactiva o de control del convertidor de frecuencias se lleva a cabo cuando, durante un cierto periodo de tiempo, se reduce la tensión de la red de distribución eléctrica hasta al menos el 40% de su valor normal.

6. Una turbina (10, 10', 10'') de energía eólica para generar energía para ser suministrada a una red (18, 18', 18'') de distribución eléctrica, que comprende

un rotor (12, 12', 12''),

un generador (14, 14', 14'') conectado de forma operativa al rotor (12, 12', 12''),

un convertidor (26, 26', 26'') de frecuencias que puede conectarse eléctricamente al generador (14, 14', 14'') y a la red (18, 18', 18'') de distribución eléctrica y que comprende un convertidor (32, 32', 32'') de energía del lado del generador que puede conectarse de forma operativa al generador (14, 14', 14''), un convertidor (28, 280', 28'') de energía del lado de la red de distribución eléctrica que puede conectarse de forma operativa a la red (18, 18', 18'') de distribución eléctrica, y un circuito de enlace (30, 30', 30'') de CC para conectar el convertidor (32, 32', 32'') de energía del lado del generador al convertidor (28, 28', 28'') de energía del lado de la red de distribución eléctrica, y

una unidad (38, 38', 38'') de control para controlar el convertidor (26, 26', 26'') de frecuencias para generar corriente reactiva que va a ser suministrada a la red de distribución eléctrica,

en la que en el caso de que se reduzca la tensión de la red de distribución eléctrica hasta al menos el 15% de su valor normal durante un cierto periodo de tiempo, la unidad (38, 38', 38'') de control controla el convertidor (26, 26', 26'') de frecuencias para generar la cantidad de corriente reactiva que va a ser suministrada a la red (18, 18', 18'') de distribución eléctrica.

7. Una turbina de energía eólica según la reivindicación 6, en la que el generador (14) es una máquina asíncrona de doble alimentación y en la que la generación de la cantidad de corriente reactiva que va a ser suministrada a la red (18) de distribución eléctrica se lleva a cabo al controlar al menos uno de entre el convertidor (32) de energía del lado del generador y el convertidor (28) de energía del lado de la red de distribución eléctrica.

8. Una turbina de energía eólica según la reivindicación 6, en la que en el caso de una reducción de la tensión de la red de distribución eléctrica hasta al menos el 20% de su valor normal durante un cierto periodo de tiempo, la unidad (38, 38', 38'') de control controla el convertidor (26, 26', 26'') de frecuencias para generar la cantidad de corriente reactiva que va a ser suministrada a la red (18, 18', 18'') de distribución eléctrica.

9. Una turbina de energía eólica según la reivindicación 6, en la que en el caso de que se reduzca la tensión de la red de distribución eléctrica hasta al menos el 40% de su valor normal durante un cierto periodo de tiempo, la unidad (38, 38', 38'') de control controla el convertidor (26, 26', 26'') para generar la cantidad de corriente reactiva que va a ser suministrada a la red (18, 18', 18'') de distribución eléctrica.