Sistema y método de control de un parque eólico, siendo del tipo de parques eólicos constituidos por una pluralidad de aerogeneradores que contienen un rotor,

un generador, una unidad de control y medios de conexión a la red de parque, estando dotados dichos aerogeneradores de medios para generar potencia reactiva siguiendo las consignas del sistema de control del parque, calculando dicho sistema de control una demanda global de potencia reactiva a producir por todo el parque a partir de la tensión en el punto de conexión o el factor de potencia demandado y enviando dicho sistema de control consignas de potencia reactiva a los aerogeneradores del parque, recibiendo el sistema de control central (103) de los aerogeneradores (1,...n) una información basada en uno o varios parámetros indicativos del nivel de calentamiento de los componentes eléctricos (501,...50n) de los aerogeneradores, produciéndose un reparto de generación de potencia reactiva entre los diferentes aerogeneradores(1,...n)

Sistema y método de control de un parque eólico.

Objeto de la invención

La siguiente invención, según se expresa en el enunciado de la presente memoria descriptiva, se refiere a un sistema y método de control de un parque eólico, siendo del tipo de parque eólico que se conforma por una pluralidad de aerogeneradores, de forma que mediante el sistema de control propuesto se reparte la producción de potencia reactiva y siendo posible efectuar un reparto de la limitación de potencia activa entre los diferentes aerogeneradores teniendo en cuenta el estado térmico de los componentes de cada aerogenerador a la hora de enviar las consignas individuales a cada uno de ellos.

Campo de aplicación

En la presente memoria se describe un sistema y método de control de un parque eólico, que permite la operación coordinada de cada uno de los aerogeneradores que lo conforman, de tal forma que globalmente se cumplan los requisitos de la red e individualmente se logre un funcionamiento óptimo desde el punto de vista térmico de cada aerogenerador.

Antecedentes de la invención

El control de potencia activa y reactiva a nivel de parque eólico en respuesta a controles de frecuencia y tensión o factor de potencia es un tema conocido y extensamente estudiado.

Por un lado, con el fin de modificar la tensión en el punto de conexión, el sistema de control central emite las órdenes de potencia reactiva necesarias para cada aerogenerador, mientras que un posible control individual de cada aerogenerador, tal como se describe en la solicitud de patente EP1512869A1, se encarga de que no se excedan los límites permitidos en cada uno de ellos.

Por otro lado, para colaborar en la limitación de la frecuencia de la red eléctrica dentro de un rango determinado, se realiza un control de la potencia activa generada, del que derivan las consignas individuales para cada aerogenerador. Un ejemplo de este tipo de control es la solicitud de patente EP1467463A1.

Típicamente el control de potencia reactiva ha sido realizado basándose en el factor de potencia deseado y, atendiendo a la potencia activa generada, calculando la potencia reactiva necesaria global y enviando las consignas de factor de potencia a cada aerogenerador.

Tal y como se cita en la patente US 6,924,565, el inconveniente de dicho control reside en el hecho de que no se aprovecha la capacidad total de cada aerogenerador. En dicha patente se proponen métodos alternativos para la generación de potencia reactiva que tienen como objetivo el aprovechamiento de la totalidad de dicha capacidad basándose en el nivel de potencia activa generado en cada momento.

Los sistemas mencionados, sin embargo, presentan el inconveniente de que el sistema de control central no considera el estado térmico de los componentes eléctricos de cada aerogenerador al generar las consignas individuales de potencia reactiva, de manera que éstas pueden no ser las óptimas para el funcionamiento individual de cada máquina.

Descripción de la invención

Con objeto de solventar este inconveniente, en la presente memoria se describe un sistema y método de control de potencia reactiva mediante el que se generan consignas individuales de potencia reactiva para cada aerogenerador de que consta el parque con el fin de garantizar que se cumplan las demandas de la red, teniendo en cuenta el estado térmico de los componentes eléctricos de cada aerogenerador.

Generalmente la necesidad de generación de potencia reactiva derivada de controles de tensión o de factor de potencia no tiene por qué corresponderse en general con la máxima capacidad de generación del parque eólico. Por lo tanto, existe un grado de libertad a la hora de enviar las consignas individuales de reactiva a cada aerogenerador, de manera que, en función de su estado térmico, generen más o menos, pero siempre garantizando que a nivel global se. cumplan los requisitos de la red.

En la presente invención se reivindica un sistema y método de control de un parque eólico que aprovecha dicho grado de libertad y es capaz de optimizar el funcionamiento de los componentes eléctricos de todos los aerogeneradores de que está compuesto desde el punto de vista térmico, con el fin de alargar su vida útil.

El sistema de control de la invención se aplica a un parque eólico compuesto por varios aerogeneradores, del tipo que contienen un rotor, un generador, una unidad de control y medios de conexión a la red de parque. Dichos aerogeneradores están dotados de medios para generar potencia reactiva siguiendo las consignas del sistema de control del parque. El sistema de control de parque calcula una demanda global de reactiva a producir por todo el parque a partir de la tensión en el punto de conexión o el factor de potencia demandado y recibe de los aerogeneradores una información consistente en uno o varios parámetros indicativos del nivel de calentamiento de los componentes eléctricos del aerogenerador. A partir de dicha información establece un reparto de generación de reactiva entre los diferentes aerogeneradores y envía las consignas de potencia reactiva resultantes del reparto a los aerogeneradores del parque, de forma que se minimiza el calentamiento de los componentes eléctricos de cada aerogenerador para alargar su vida útil, satisfaciéndose la demanda de reactiva global para todo el parque.

De esta forma, la demanda individual de reactiva será la adecuada para permitir que aquellos aerogeneradores en los que algún componente presente una temperatura más cercana a su correspondiente límite, puedan disminuir su temperatura, mientras que aquellos menos solicitados térmicamente compensan la reactiva restante, siempre y cuando no se excedan sus capacidades y con el fin último de proporcionar a la red eléctrica el nivel de reactiva apropiado; en cada momento.

Para ello se tiene en cuenta unos índices térmicos que representan la temperatura de, entre los componentes que se ven afectados térmicamente por la producción de potencia reactiva, el componente que más se acerca a su temperatura límite y la clase de su componente más caliente, atendiendo ésta al efecto que la producción de potencia reactiva inductiva tienen en el calentamiento de dicho componente.

El sistema de control de la invención ajusta la ley de reparto de la producción de potencia reactiva en función del error existente entre el nivel de reactiva demandado a todo el parque y la reactiva real producida por el mismo, y, además, dicho sistema también tiene en cuenta la capacidad de generación de reactiva por el convertidor de las máquinas apagadas.

Por otro lado, los requerimientos hacia los generadores de fuentes de energía no gestionables de cara a que participen en las tareas de mantenimiento de la estabilidad de la red eléctrica están aumentando y entre ellos se encuentra el de implementar controles de potencia activa en respuesta a variaciones de la frecuencia.

En el caso de que la frecuencia experimente un aumento por encima de su valor nominal, el generador ha de limitar la potencia que produce en un determinado porcentaje dependiente del valor de la desviación de la frecuencia.

Generalmente, esta reducción de potencia suele ser breve y no ofrece grandes oportunidades de reducción de temperatura en los generadores. Sin embargo, es posible que en el futuro se pueda solicitar a los aerogeneradores además una reserva de potencia activa de manera continuada, de forma que dicha reserva sea empleada ante eventos de descenso de la frecuencia que requieren un aumento de la potencia del conjunto de generadores. Esta reserva de potencia constante en estado estacionario sí permite tomar decisiones acerca de cuáles son los aerogeneradores que más potencia reservan, y por lo tanto sufren menos calentamiento sus componentes eléctricos.

La presente invención proporciona un sistema y un método de control de un parque eólico capaz de repartir las consignas de limitación de potencia activa de la manera adecuada con el fin de optimizar el comportamiento térmico de los componentes eléctricos de todos los aerogeneradores de los que está compuesto el parque, reduciendo la temperatura media de todos ellos y por tanto, alargando su vida útil.

La presente invención describe un sistema de control de un parque eólico compuesto por aerogeneradores que son capaces de limitar la potencia activa siguiendo las consignas del sistema de control del parque.

Dicho sistema calcula una demanda global de limitación de, potencia activa a partir de la frecuencia de la...

1. Sistema de control de un parque eólico, siendo del tipo de parques eólicos que se constituyen por una pluralidad de aerogeneradores que contienen un rotor, un generador, una unidad de control y medios de conexión a la red de parque, estando dotados dichos aerogeneradores de medios para generar potencia reactiva siguiendo las consignas del sistema de control del parque, calculando dicho sistema de control una demanda global de potencia reactiva a producir por todo el parque a partir de la tensión en el punto de conexión o el factor de potencia demandado y enviando dicho sistema de control consignas de potencia reactiva a los aerogeneradores del parque, caracterizado porque el sistema de control central (103) recibe de los aerogeneradores (1,...n) una información basada en uno o varios parámetros indicativos del nivel de calentamiento de los componentes eléctricos (501, 50n) de los aerogeneradores, estableciendo a partir de dicha información un reparto de generación de potencia reactiva entre los diferentes aerogeneradores (1,...n), de modo que se minimiza el calentamiento de los componentes eléctricos (501,...50n) de cada aerogenerador (1,...n) satisfaciéndose la demanda de potencia reactiva (40) global para todo el parque.

2. Sistema de control de un parque eólico, según la reivindicación 1ª, caracterizado porque:

3. Sistema de control de un parque eólico, según la reivindicación 1ª, caracterizado porque el reparto de potencia reactiva se ajusta en función del error existente entre el nivel de potencia reactiva demandado a todo el parque y la potencia reactiva real (42) producida por el mismo.

4. Sistema de control de un parque eólico, según la reivindicación 1ª, caracterizado porque el reparto de potencia reactiva tiene en cuenta la capacidad de generación de potencia reactiva por el convertidor de los aerogeneradores (1,...n) apagados.

5. Sistema de control de un parque eólico, según la reivindicación 1ª, caracterizado porque el sistema de control central (103) además de un reparto de la generación de potencia reactiva entre los diferentes aerogeneradores (1,...n) establece, a partir de la información del nivel de calentamiento de cada aerogenerador (1,...n), un reparto de la limitación de potencia activa (30) entre los diferentes aerogeneradores (1,...n), de modo que se minimiza el calentamiento de los componentes eléctricos (501,...50n) de cada aerogenerador satisfaciéndose la demanda de limitación de potencia activa (30) para todo el parque.

6. Sistema de control de un parque eólico, según la reivindicación 5ª, caracterizado porque al menos uno de los parámetros indicativos del nivel de calentamiento de los componentes eléctricos (501,...50n) de los aerogeneradores (1,...n) es un índice representativo de la temperatura de, entre los componentes que se ven afectados térmicamente por la producción de potencia activa (30), el componente que más se acerca a su temperatura límite.

7. Método de control de un parque eólico, siendo del tipo de parques eólicos que se constituyen por una pluralidad de aerogeneradores que contienen un rotor, un generador, una unidad de control y medios de conexión a la red de parque, estando dotados dichos aerogeneradores de medios para generar potencia reactiva siguiendo las consignas del sistema de control del parque, calculando dicho sistema de control una demanda global de potencia reactiva a producir por todo el parque a partir de la tensión en el punto de conexión o el factor de potencia demandado y enviando dicho sistema de control consignas de potencia reactiva a los aerogeneradores del parque, caracterizado porque:

de modo que la producción global de potencia reactiva (40) es la deseada y se minimiza el calentamiento de los componentes eléctricos (501,...50n) de todos los aerogeneradores (1,...n) de los que está compuesto el parque.

8. Método de control de un parque eólico, según la reivindicación 7ª, caracterizado porque:

9. Método de control de un parque eólico, según la reivindicación 7ª, caracterizado porque el reparto de potencia reactiva (40) se ajusta en función del error existente entre el nivel de potencia reactiva demandado a todo el parque y la potencia reactiva real producida por el mismo.

10. Método de control de un parque eólico, según la reivindicación 7ª, caracterizado porque el reparto de potencia reactiva (40) tiene en cuenta la capacidad de generación de potencia reactiva por el convertidor de los aerogeneradores apagados.

11. Método de control de un parque eólico, según la reivindicación 7ª, caracterizado porque además de un control de potencia reactiva a producir permite que:

de modo que la producción global de potencia activa (30) es la deseada y se optimiza el comportamiento térmico de los componentes eléctricos (501,...50n) de todos los aerogeneradores (1,...n) constituyentes del parque eólico.

12. Método de control de un parque eólico, según la reivindicación 11ª, caracterizado porque al menos uno de los parámetros indicativos del nivel de calentamiento de los componentes eléctricos (501,...50n) de los aerogeneradores (1,...n) es un índice representativo de la temperatura de, entre los componentes que se ven afectados térmicamente por la producción de potencia activa (30), el componente que más se acerca a su temperatura límite y porque se reparte la limitación de potencia activa de modo que se minimizan las pérdidas eléctricas en el componente más caliente de los aerogeneradores que presentan un mayor índice de calentamiento.