PARQUE EOLICO CON ROBUSTA REGULACION DE LA POTENCIA REACTIVA, Y PROCEDIMIENTO PARA SU FUNCIONAMIENTO.
Parque eólico con un mínimo de dos instalaciones de energía eólica (1-5) que comprenden cada una un rotor (14),
un generador accionado por éste y un sistema de control (18), y que están unidas a una línea principal (60) a través de líneas de conexión (10), un punto de enlace (69) que une la línea principal (60) con una red de transmisión de energía (9), y
un Parkmaster (7) realizado para la regulación de la potencia reactiva y unas líneas de comunicación (74) para transmitir señales de control a las instalaciones de energía eólica (1-5),
caracterizado porque
la regulación de la potencia reactiva está realizada como regulador repartido, comprendiendo
un regulador superior (73) en el Parkmaster (7) realizado para determinar una tensión de consigna (USOLL) para ajustar un coeficiente de potencia global de la potencia entregada a la red de transmisión de energía (69), y emitirla en forma de señal a través de las líneas de comunicación (74), y unos reguladores inferiores (184) en las instalaciones de energía eólica (1-5) que están realizados cada uno para calcular a partir de la señal para la tensión de consigna los valores teóricos locales de potencia reactiva, determinar la tensión efectivamente entregada por la instalación de energía eólica (1-5), y para corregir los valores de consigna locales de potencia reactiva después de efectuada la comparación con la tensión de consigna (U SOLL)
Tipo: Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: W05010606EP.
Solicitante: Repower Systems AG..
Nacionalidad solicitante: Alemania.
Dirección: ALSTERKRUGCHAUSSEE 378,22335 HAMBURG.
Inventor/es: LETAS,HEINZ-HERMANN,DR, FORTMANN,JENS.
Fecha de Publicación: .
Fecha Concesión Europea: 23 de Septiembre de 2009.
Clasificación Internacional de Patentes:
- F03D9/00C2B
- H02J3/18G
Clasificación PCT:
- F03D9/00 MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA. › F03 MAQUINAS O MOTORES DE LIQUIDOS; MOTORES DE VIENTO, DE RESORTES, O DE PESOS; PRODUCCION DE ENERGIA MECANICA O DE EMPUJE PROPULSIVO O POR REACCION, NO PREVISTA EN OTRO LUGAR. › F03D MOTORES DE VIENTO. › Adaptaciones de los motores de viento para usos especiales; Combinaciones de motores de viento con los aparatos que accionan; Motores de viento especialmente adaptados para su instalación en lugares particulares (sistemas híbridos de energía eólica-fotovoltaica para la generación de energía eléctrica H02S 10/12).
- H02J3/38 ELECTRICIDAD. › H02 PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA ELECTRICA. › H02J CIRCUITOS O SISTEMAS PARA LA ALIMENTACION O LA DISTRIBUCION DE ENERGIA ELECTRICA; SISTEMAS PARA EL ALMACENAMIENTO DE ENERGIA ELECTRICA. › H02J 3/00 Circuitos para redes principales o de distribución, de corriente alterna. › Disposiciones para la alimentación en paralelo de una sola red por dos o más generadores, convertidores o transformadores.
Fragmento de la descripción:
Parque eólico con robusta regulación de la potencia reactiva, y procedimiento para su funcionamiento.
La invención se refiere a un parque eólico con un mínimo de dos instalaciones generadoras eólicas que presentan cada una un rotor, un generador acoplado a éste y una instalación de control, y que a través de unas líneas de conexión está unida a una línea principal, un punto de enlace que une la línea principal con una red de transmisión de energía, y un "Parkmaster" que está preparado para la regulación de la potencia reactiva, y que presenta líneas de comunicación para transmitir señales de control a las instalaciones de energía eólica. La invención se refiere además a un procedimiento para el funcionamiento de un parque eólico de esta clase.
El desarrollo en el sector de las instalaciones de energía eólica se caracteriza por su tendencia a la gran magnitud. Esto no se refiere únicamente a la instalación individual de energía eólica sino también a los parques eólicos, que están formados por un número cada vez mayor de instalaciones de energía eólica. La potencia instalada que de este modo aumenta considerablemente da lugar precisamente en las zonas rurales, donde se encuentran la mayoría de los parques eólicos y sobre todo los grandes, a dificultades debido a la capacidad limitada de la red de transmisión de energía eléctrica. Para poder mantener una calidad de suministro suficiente se están planteando requisitos cada vez más rigurosos para los parques eólicos en cuanto a su compatibilidad con la red.
Un criterio importante para el funcionamiento seguro con la red es la estabilidad de la tensión. Esto es tanto más importante en el caso de potencias de inyección grandes, es decir principalmente para los parques eólicos que están conectados a redes de alta y muy alta tensión. Es sabido que para soportar el nivel de tensión es conveniente inyectar en la red potencia reactiva (especialmente capacitiva). Otros criterios importantes son la capacidad de transmisión de las redes tal como por ejemplo la capacidad de carga de intensidad, los criterios de conexión como por ejemplo el centelleo de la red y otros efectos tales como pérdidas en la red.
Es conocido el hecho de prever un punto de medición de la energía compleja en un punto de enlace del parque eólico con la red, y mediante un ordenador piloto del parque eólico (Parkmaster) compararla con especificaciones teóricas relativas al factor de potencia (documentos EP-A-1 519 040, WO-A-01/73518). A partir de ahí, el Parkmaster determina los valores teóricos del factor de potencia o de la potencia reactiva para las instalaciones individuales de energía eólica (véase también "Automatic Generation Control of a Wind Farm UIT Variable Speed Wind Turbines" de J.L. Rodríguez - Amenedo, IEEE Trans. On Energy Conversion, Tomo 17, Nº 2 Junio 2002, páginas 270-284). Éstas convierten entonces las especificaciones facilitando para ello más o menos potencia reactiva. De este modo varían sin embargo las tensiones e intensidades en las líneas y transmisores del parque eólico. Un concepto similar con una regulación repartida se ha propuesto en el documento EP-A-1 512 869. El inconveniente de los conceptos conocidos es que pueden llegar a producirse unos aumentos de tensión no deseados, especialmente en aquellas instalaciones de energía eólica situadas dentro del parque eólico al final de una línea larga, y que dan lugar a inestabilidades. La consecuencia puede ser una desconexión indeseable de determinadas instalaciones individuales de energía eólica, o incluso daños en los convertidores.
La invención tiene como objetivo mejorar un parque eólico de la clase citada inicialmente así como un procedimiento de funcionamiento, de modo que se consiga un mejor soporte para la red.
La solución conforme a la invención se encuentra en las características de las reivindicaciones independientes. Unos perfeccionamientos ventajosos constituyen el objeto de las reivindicaciones dependientes. De acuerdo con la invención, en un parque eólico con un mínimo de dos instalaciones de energía eólica, que presentan cada una un rotor, un generador accionado por éste y un sistema de control, y que a través de líneas de conexión están unidas a una línea principal, un punto de enlace que une la línea principal con una red de transmisión de energía y un Parkmaster realizado para regular la potencia reactiva, así como líneas de comunicación para transmitir señales de control a las instalaciones de energía eólica, está previsto que la regulación de la potencia reactiva esté realizada como regulador repartido, comprendiendo un regulador superior en el Parkmaster, que está realizado para determinar una tensión teórica (USOLL) de la potencia entregada a la red de transmisión de energía, con el fin de determinar un coeficiente de potencia global, y emitirlo como señal a través de las líneas de comunicación, así como un regulador inferior en las instalaciones de energía eólica, que está realizado respectivamente para calcular a partir de la señal para la tensión teórica los valores locales necesarios de potencia reactiva, determinar la tensión efectiva suministrada por la instalación de energía eólica, y corregir los valores teóricos de potencia reactiva locales después de efectuar la comparación con la tensión teórica (USOLL).
La invención se basa en la idea de acoplar el ajuste del coeficiente de potencia deseado con un procedimiento estabilizador de la tensión. Para ello está prevista una regulación repartida. Para mantener un determinado coeficiente de potencia frente a la red de transmisión de energía (la red) del Parkmaster les especifica las distintas instalaciones de energía eólica una determinada tensión teórica. Ésta está calculada por el regulador superior de tal modo que se establezca el coeficiente de potencia (global) deseado frente a la red. La tensión teórica se emite como señal y está aplicada a través de las líneas de comunicación a los reguladores inferiores de las distintas instalaciones de energía eólica. Los reguladores inferiores, basándose en la señal para la tensión teórica, determinan de modo automático unos valores locales teóricos de potencia reactiva. Mediante el sistema de control se explotan los generadores de tal modo que se genere potencia reactiva y potencia activa de acuerdo con las especificaciones. Se mide la tensión de salida y se devuelve al regulador inferior formando un bucle de regulación cerrado. Los sistemas de control de las diferentes instalaciones de energía eólica ajustan de este modo y en la medida de lo posible la tensión teórica deseada. El regulador superior en el Parkmaster determina el factor de potencia total efectivamente resultante y en caso de necesidad corrige la tensión teórica para los reguladores inferiores.
A continuación se van a explicar algunos de los conceptos empleados.
Bajo el concepto de coeficiente de potencia se entiende un parámetro que describe la potencia reactiva requerida para la respectiva potencia activa. Esto incluye en sentido estrecho el factor de potencia cos
Se entiende por generador una máquina que convierte energía mecánica en energía eléctrica. Esto incluye tanto las máquinas de corriente continua como también las de corriente alterna monofásica o polifásica. Puede tratarse de máquinas síncronas o asíncronas, de alimentación simple o doble. Por lo general el generador presenta un convertidor, pero esto no es obligatorio. El convertidor puede estar realizado como convertidor total o convertidor parcial. La forma de construcción puede ser cualquiera, y en particular puede estar realizado como convertidor directo o convertidor de circuito intermedio.
Se entiende por parque eólico un conjunto compuesto por un mínimo de dos instalaciones de energía eólica y una instalación directora central. Esta última se denomina Parkmaster. Este vigila el comportamiento...
Reivindicaciones:
1. Parque eólico con un mínimo de dos instalaciones de energía eólica (1-5) que comprenden cada una un rotor (14), un generador accionado por éste y un sistema de control (18), y que están unidas a una línea principal (60) a través de líneas de conexión (10), un punto de enlace (69) que une la línea principal (60) con una red de transmisión de energía (9), y
un Parkmaster (7) realizado para la regulación de la potencia reactiva y unas líneas de comunicación (74) para transmitir señales de control a las instalaciones de energía eólica (1-5),
caracterizado porque
la regulación de la potencia reactiva está realizada como regulador repartido, comprendiendo
un regulador superior (73) en el Parkmaster (7) realizado para determinar una tensión de consigna (USOLL) para ajustar un coeficiente de potencia global de la potencia entregada a la red de transmisión de energía (69), y emitirla en forma de señal a través de las líneas de comunicación (74), y unos reguladores inferiores (184) en las instalaciones de energía eólica (1-5) que están realizados cada uno para calcular a partir de la señal para la tensión de consigna los valores teóricos locales de potencia reactiva, determinar la tensión efectivamente entregada por la instalación de energía eólica (1-5), y para corregir los valores de consigna locales de potencia reactiva después de efectuada la comparación con la tensión de consigna (USOLL).
2. Parque eólico según la reivindicación 1,
caracterizado porque
el regulador superior (73) presenta una instalación de compensación (77) para las líneas de conexión (10, 20, 30, 40, 50) a las instalaciones de energía eólica (1-5).
3. Parque eólico según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque
el regulador superior (73) presenta una memoria de valores de corrección (78) en la que están contenidos valores de corrección individuales, especialmente para las instalaciones de energía eólica (1-5), en particular parámetros de trayecto de las líneas de conexión (10, 20, 30, 40, 50).
4. Parque eólico según la reivindicación 2 ó 3,
caracterizado porque
está prevista una instalación de identificación adaptiva (76) para la instalación de compensación (77) y/o para los valores de corrección individuales.
5. Parque eólico según las reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque
el punto de enlace (69) está situado en la red de alta tensión (9) y está unido a la línea principal (60) a través de un transformador de alta tensión (66).
6. Parque eólico según la reivindicación 5,
caracterizado porque
la instalación de medida (68') está dispuesta por el lado de la línea principal del transformador de alta tensión (66).
7. Parque eólico según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque
el comportamiento directriz del regulador repartido presenta una constante de tiempo que es considerablemente mayor que la de los transitorios de tensión.
8. Parque eólico según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque
el regulador repartido presenta una instalación limitadora (182) para la tensión de consigna (USOLL).
9. Parque eólico según la reivindicación 8,
caracterizado porque
la instalación limitadora (182) está prevista en el regulador inferior (184).
10. Parque eólico según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque
están previstos unos modificadores de fase pasivos adicionales.
11. Parque eólico según la reivindicación 10,
caracterizado porque
como modificador de fase están previstos unos bloques de condensadores (49) en las instalaciones de energía eólica (1-5).
12. Procedimiento para la explotación de un parque eólico con un mínimo de dos instalaciones de energía eólica (1-5) que presentan cada una un rotor (14), un generador accionado con éstos y un sistema de control (18), y que a través de las líneas de conexión (10, 20, 30, 40, 50) están unidos a una línea principal (60),
un punto de enlace (69) que une la línea principal (60) con una red de transmisión de energía (9), y
un Parkmaster (7) realizado para la regulación de la potencia reactiva, y que presenta unas líneas de comunicación (74) para transmitir señales de mando a las instalaciones de energía eólica (1-5),
caracterizado por
efectuarse la regulación de la potencia reactiva mediante una regulación repartida, que comprende
un regulador superior (73) en el Parkmaster (7), para ajustar un coeficiente de potencia global de la potencia entregada a la red de transmisión de energía (69), determinar una tensión de consigna (USOLL) y emitir la tensión de consigna (USOLL) como señal a través de las líneas de comunicaciones (74), y
un regulador inferior (184) en las instalaciones de energía eólica (1-5), cada uno de los cuales calcula a partir de la señal para la tensión de consigna (USOLL) los valores locales de consigna de potencia reactiva, determina la tensión efectivamente entregada por la instalación de energía eólica (1-5) y la compara con la tensión de consigna (USOLL), para corregir los valores de consigna locales de potencia reactiva.
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