UN CIRCUITO CONVERTIDOR CON UN GENERADOR ASINCRONICO DE DOBLE ALIMENTACION CON SALIDA DE POTENCIA VARIABLE Y UN PROCEDIMIENTO PARA SU FUNCIONAMIENTO.

Circuito convertidor (4) con un generador asincrónico de doble alimentación (2) con una salida de potencia variable,

el cual puede ser conectado a través de su estator (6) con una red de distribución de tensión (14), en particular para un generador de energía eólica, con un rectificador del rotor (16) con dos salidas de tensión de corriente continua (26a,b), las cuales se pueden conectar al rotor (8) del generador asincrónico (2), con un inversor de la red de distribución (20) con dos entradas de tensión de corriente continua (42a,b) y con un circuito intermedio (18) que conecta en cada caso una de las salidas de tensión de corriente continua (26a,b) con una de las entradas de tensión de corriente continua (42a,b) a través de una línea de conexión (28a,b), en el que el circuito intermedio (18) incluye un conmutador de semiconductor (32) dispuesto entre las salidas de tensión de corriente continua (26a,b), un condensador del circuito intermedio (40) dispuesto entre las entradas de tensión de corriente continua (42a,b) y un diodo (38) dispuesto en una de las líneas de conexión (28a,b) entre el conmutador de semiconductor (32) y el condensador del circuito intermedio (40), en el que una de las líneas de conexión (28a,b) incluye una bobina de reactancia (30) conectada en serie con el diodo (38), dispuesta entre el conmutador de semiconductor (32) y las salidas de tensión de corriente continua (26a,b) y en el que la tensión nominal (UN) en el rotor 8 es más alta, en particular por lo menos aproximadamente de dos o cuatro veces más alta que la tensión nominal (UN) del estator (6)

Un circuito convertidor con un generador asincrónico de doble alimentación con salida de potencia variable y un procedimiento para su funcionamiento.

La invención se refiere a un circuito convertidor con un generador asincrónico de doble alimentación con una salida de potencia variable que puede ser conectado a una red de distribución de tensión, en particular para un generador de energía eólica y un procedimiento para el funcionamiento de un circuito convertidor de este tipo.

Los generadores asincrónicos con salida de potencia variable actualmente son utilizados muy ampliamente en el campo de la generación de energía. En particular éstos se utilizan en los generadores de energía eólica, cuya salida de potencia naturalmente fluctúa fuertemente con el viento que prevalece en cada momento. En los generadores asincrónicos de este tipo una velocidad de funcionamiento variable es una gran ventaja. Un generador de energía eólica con una velocidad variable permite una mejor utilización del viento suave y presenta menos tensiones mecánicas para la torre del generador de energía eólica cuando el viento es fuerte.

Para el funcionamiento de un generador asincrónico apropiado se requiere un circuito convertidor entre el generador y la red de distribución de tensión, dentro de la cual el generador asincrónico puede alimentar energía. Los circuitos convertidores para generadores asincrónicos de doble alimentación en turbinas eólicas son utilizados muy ampliamente y por regla general tienen un inversor de corriente alterna en el lado del rotor, condensadores del circuito intermedio y un convertidor en el lado de la red de distribución. Un circuito convertidor clásico de este tipo para un generador asincrónico de doble alimentación ofrece ambas ventajas mencionadas antes, pero es correspondientemente caro.

A partir del documento US 7,015,595 B2 es conocida en la técnica una solución simple para un generador asincrónico de doble alimentación el cual ofrece una regulación de la velocidad en la gama sub-sincrónica. Aquí "sub-sincrónica/super-sincrónica" se refiere a la denominada velocidad giratoria sincrónica, esto es la velocidad giratoria nominal del generador asincrónico e indica una velocidad giratoria del rotor que es inferior o mayor que la velocidad giratoria sincrónica, respectivamente.

El rendimiento energético a bajas velocidades el viento por lo tanto se incrementa. En el caso de un incremento repentino de la velocidad del aire, sin embargo, las cargas en la torre de la turbina eólica no se mitigan.

A partir del documento DE 10 2004 003 657 A1 es conocida en la técnica una solución para turbinas eólicas con generadores asincrónicos con un rotor en cortocircuito y un accionamiento electrónico de potencia para salidas de potencia menores con una mejor utilización de la energía eólica a bajas velocidades del viento. Aquí también las cargas en la torre de la turbina eólica no se mitigan en el caso de incrementos repentinos de la velocidad del viento.

A partir de la técnica anterior es conocida en la técnica una opción alternativa para mitigar las cargas en la torre. Aquí, una resistencia que se introduce dentro del circuito del rotor se activa en el caso de velocidades del viento más elevadas. La corriente del rotor fluye entonces a través de la resistencia. Por este medio la turbina eólica puede incrementar su velocidad giratoria, energía eólica adicional se almacena en forma de energía cinética adicional de la turbina eólica y las cargas en la torre se mitigan mecánicamente. Puesto que las cargas en la torre se mitigan mecánicamente, el diseño de la torre se puede ejecutar de una manera más simple y más rentable. El circuito "Optislip" con la resistencia está colocado completamente en el rotor o gira con el último, por lo tanto no están presentes anillos de contacto. La energía del rotor calienta la resistencia y por este medio el rotor y por lo tanto también el generador. Por lo tanto en la práctica un funcionamiento súper-sincrónico para el propósito de mitigar las cargas en la torre está limitada a un pequeño porcentaje durante un corto período de tiempo.

Además, a partir del documento US 2003/0151259 A1 es conocido en la técnica un circuito convertidor para un generador asincrónico de doble alimentación con una salida de potencia variable que se puede conectar a través de un estator a una red de distribución de suministro de potencia. En el rotor del generador asincrónico un convertidor de potencia con un circuito intermedio conectado a la red de distribución de suministro de potencia es conocido en la técnica. En el lado de la red de distribución este convertidor de potencia tiene un rectificador y en el lado del generador un inversor.

Al igual que en la técnica conocida a partir del documento EP 1 313 206 A2, según la técnica anterior se cita un convertidor de refuerzo para estar provisto en el interior de un convertidor de potencia que consiste en un rectificador de entrada, un circuito intermedio y un inversor de salida.

El objeto de la presente invención es especificar un circuito convertidor mejorado con un generador asincrónico con una salida de potencia variable.

El objeto se consigue por medio de un circuito convertidor con un generador asincrónico de doble alimentación con una salida de potencia variable que se puede conectar a través de su estator a una red de distribución de tensión, en particular para un generador de energía eólica. El circuito convertidor comprende un rectificador del rotor que se puede conectar al rotor del generador asincrónico, con dos salidas de tensión de corriente continua y un inversor de la red de distribución que se puede conectar a la red de distribución de tensión, con dos entradas de tensión de corriente continua. El circuito convertidor adicionalmente incluye un circuito intermedio, el cual en cada caso conecta una de las salidas de tensión de corriente continua con una de las entradas de tensión de corriente continua a través de una línea de conexión. El circuito intermedio tiene un conmutador de semiconductor dispuesto entre las salidas de tensión de corriente continua y un condensador del circuito intermedio dispuesto entre las entradas de tensión de corriente continua. Además el circuito intermedio incluye un diodo dispuesto en las líneas de conexión entre el conmutador de semiconductor y el condensador del circuito intermedio.

Los devanados del rotor del rotor que suministra la tensión de corriente alterna por lo tanto se conducen a través de anillos de contacto al rectificador del rotor, como norma general, un rectificador de diodo. El último convierte las tensiones y corrientes de corriente alterna que provienen del rotor en una tensión de corriente continua entre las salidas de tensión de corriente continua. Esta tensión rectificada puede ser cortocircuitada a través de un conmutador de semiconductor. El generador asincrónico entonces se comporta como un generador con un rotor en cortocircuito. El inversor, el cual está orientado hacia la red de distribución de tensión, está separado de ese modo del lado del generador, esto es del rotor, puesto que el diodo esta polarizado de una manera no conductora, es decir en la dirección opuesta.

Por medio de la solución según la invención la gama súper-sincrónica del generador es extensa, puesto que el exceso de energía no se disipa en una resistencia, sino que en cambio se alimenta dentro de la red de distribución de tensión. Aquí los diodos requeridos en el rectificador son más rentables comparados con las soluciones de la técnica conocida con un convertidor del rotor en el lado del generador. La solución total es significativamente más barata que una medida estructural correspondiente para el refuerzo de la torre en una turbina eólica.

Un generador asincrónico con un rotor en cortocircuito, en particular en una turbina eólica, normalmente arranca a través de un arrancador lento (W3C). Con el circuito convertidor según la invención no se requiere el arrancador lento. El generador asincrónico, y por lo tanto el generador de energía eólica, de hecho arranca de una manera simple. La corriente rectificada del rotor puede ser controlada por medio de un conmutador de semiconductor y la energía del rotor se puede transferir de una manera controlada al circuito intermedio. El inversor entonces alimenta esta energía hacia delante dentro de la red de distribución de tensión. El generador de energía eólica arranca entonces de la misma manera en la que lo hace con una resistencia del rotor, excepto en que la energía no se disipa en una resistencia,...

1. Circuito convertidor (4) con un generador asincrónico de doble alimentación (2) con una salida de potencia variable, el cual puede ser conectado a través de su estator (6) con una red de distribución de tensión (14), en particular para un generador de energía eólica, con un rectificador del rotor (16) con dos salidas de tensión de corriente continua (26a,b), las cuales se pueden conectar al rotor (8) del generador asincrónico (2), con un inversor de la red de distribución (20) con dos entradas de tensión de corriente continua (42a,b) y con un circuito intermedio (18) que conecta en cada caso una de las salidas de tensión de corriente continua (26a,b) con una de las entradas de tensión de corriente continua (42a,b) a través de una línea de conexión (28a,b), en el que el circuito intermedio (18) incluye un conmutador de semiconductor (32) dispuesto entre las salidas de tensión de corriente continua (26a,b), un condensador del circuito intermedio (40) dispuesto entre las entradas de tensión de corriente continua (42a,b) y un diodo (38) dispuesto en una de las líneas de conexión (28a,b) entre el conmutador de semiconductor (32) y el condensador del circuito intermedio (40), en el que una de las líneas de conexión (28a,b) incluye una bobina de reactancia (30) conectada en serie con el diodo (38), dispuesta entre el conmutador de semiconductor (32) y las salidas de tensión de corriente continua (26a,b) y en el que la tensión nominal (UN) en el rotor 8 es más alta, en particular por lo menos aproximadamente de dos o cuatro veces más alta que la tensión nominal (UN) del estator (6).

2. El circuito convertidor (4) según la reivindicación 1 en el que el generador asincrónico (2) está diseñado para dos velocidades sincrónicas (fs1,2).

3. Un procedimiento para el funcionamiento de un circuito convertidor (4) según cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, en el cual:

- el conmutador de semiconductor (32) se mantiene cerrado durante el funcionamiento sub-sincrónico del generador asincrónico (2),

- el conmutador de semiconductor (32) se abre en funcionamiento sincrónico y súper-sincrónico del generador asincrónico (2), por lo menos durante algunos períodos de tiempo.

4. El procedimiento según la reivindicación 3 en el que el inversor de la red de distribución (20) puede funcionar cuando el generador asincrónico (2) no está en funcionamiento.