PROCEDIMIENTO PARA CONECTAR UN GENERADOR DE INDUCCIÓN A UNA RED DE CORRIENTE ALTERNA Y CIRCUITO ELÉCTRICO PARA LLEVAR A CABO DICHO PROCEDIMIENTO.

Procedimiento para conectar un generador de inducción a una red de corriente alterna y circuito eléctrico para llevar a cabo dicho procedimiento La invención se refiere a un procedimiento para conectar un generador de inducción a una corriente alterna y a un circuito eléctrico para llevar a cabo el procedimiento. Si un motor asíncrono es accionado por debajo del número de rotación síncrona, la máquina funcionará como un generador eléctrico que transfiere la potencia de salida inducida del eje mecánico en potencia eléctrica. Con tal de que la máquina - ahora como generador de inducción - esté conectada a una red de corriente alterna, la corriente generada será enviada hacia ella. Esta característica se utiliza en tipos de turbinas eólicas y sistemas de energía similares para la utilización de fuentes de energía estocásticas. Debe apreciarse que son utilizadas con este fin máquinas asíncronas desarrolladas generalmente en el funcionamiento de generadores. Especialmente en conexión con las turbinas eólicas la conexión de la red conlleva grandes dificultades debido a la naturaleza inestable del viento. Si se imagina que la velocidad del viento puede ajustarse como otro parámetro operativo controlable, se podría incrementar lentamente el viento hasta que el rotor de la turbina eólica esté rotando solo con una velocidad correspondiente al número orbital del generador síncrono. Cuando las fases se ajustan de forma síncrona, la conexión de la red puede llevarse a cabo por medio de un relé o una máquina de contacto eléctrico sencilla similar sin conllevar una impulsión sobre la red o transiciones del par en el sistema de la turbina, esto es, el rotor, el engranaje y el generador). Pero no es tan sencillo en el mundo real. En la práctica, se tiene que tener naturalmente en cuenta la velocidad variable e inconstante, la naturaleza incalculable del viento. Constituye un problema serio en conexión con las turbinas eólicas el hecho de que especialmente la velocidad del viento y con ello el contenido de la energía puede cambiar muy rápidamente. Por consiguiente, cuando se produzcan ráfagas fuertes, el rotor de la turbina eólica puede acelerarse por debajo del número orbital síncrono en un periodo de tiempo muy corto, con tal de que se empiece de un estado de no carga, en el que la turbina rota con velocidad subsíncrona, y cuando, por consiguiente, el generador , está descargado. La conexión del generador a la red tiene que efectuarse en este preciso momento cuando la velocidad síncrona ha pasado, o la turbina eólica se acerroje. Es necesario emprender la conexión suave con el fin de proporcionar unos impulsos grandes inaceptables de los impulsos de la red y unos impulsos del par torsor del rotor en el curso de la conexión. Ello significa que, durante el periodo de conexión, la transmisión de potencia entre el generador y la red tiene que incrementarse gradualmente de un mínimo hasta una potencia completamente conectada. Esta exigencia es, sin embargo, contradictoria con la exigencia de una rápida conexión del generador a la red, cuando las condiciones dinámicas alrededor de la turbina lo demanden, esto es, cuando la turbina eólica esté expuesta a ráfagas de viento grandes como las descritas. En la práctica es necesario optar por un compromiso, en el que la conexión del generador se mantenga durante un periodo de conexión controlado, con lo que los efectos, en parte sobre la red, en parte debidos a la construcción de la turbina eólica en cuanto tal (carga del par torsor del engranaje y del eje del rotor, influencias de pliegue sobre las alas, etc.) se mantengan dentro de valores limitados aceptables. Con este fin, se han desarrollado diferentes tipos de conexiones eléctricas y diferentes conexiones del generador y principios de control. La base del ajuste de conexión en la conexión conocida es, por ejemplo, la medición de la tensión del generador resultante. Aquí, la cuestión de efectuar la conexión sobre la base de una medición indirecta, como la de la tensión del generador y de la intensidad de la corriente del generador depende de muchos factores. Por consiguiente, no se puede calcular un ajuste preciso sin que se produzcan transiciones del momento entre la red y la turbina durante diferentes condiciones operativas, especialmente durante el periodo de conexión. En dichos ajustes conocidos puede ser difícil mantener las transiciones del momento, y a partir de éstas los siguientes impulsos de la red dentro de los límites efectuados por el propietario de la red. Resulta especialmente difícil reducir las transiciones del momento, cuando el efecto generado es pequeño en proporción a la potencia normal del generador. Una conexión eléctrica descrita más adelante, en la que la conexión de la red se lleva a cabo a través de tristores o elementos similares de conexión ajustables, variables, es conocida a partir de la descripción de la Patente estadounidense No. 4,656,413. El ángulo de abertura de los tristores y, con ello, el grado de conexión - son controlados por medio de una medición de la tensión del generador y de la corriente del generador. Más allá de ello, el número de revoluciones del generador es medida con un contador de revoluciones para la determinación de los límites de seguridad, y el sistema presenta otros medios adicionales para la medición de la velocidad del viento. Cuando la velocidad del viento está por debajo de un nivel fijo, la conexión eléctrica entre la red y el generador se desconecta. En la práctica, se ha puesto en evidencia a partir de la conexión y de la forma de funcionamiento que el propio consumo no puede situarse por debajo del 4 - 8%, especialmente debido a la excitación del generador de inducción. Cuando la turbina eólica está en una posición de viento bajo, esto es, cuando la turbina está conectada a la red y el generador solo produce una potencia mínima, entonces el propio consumo sigue siendo del 4 - 8% del máximo efecto, que el generador puede producir. Es evidente que ello es inaceptable desde el punto de vista económico. Además de ello, la conexión eléctrica indica una forma de control en la que el generador queda desconectado por la acción de un viento bajo para evitar que la red traccione el generador como un motor. El 2 E98111683 03-11-2011   resultado de ello incluye conexiones y desconexiones repetidas durante este estado de funcionamiento. Cada conexión implica unos impactos del par torsor no deseados sobre el sistema del rotor y un impulso sobre la red. Con independencia del incremento gradual del ángulo de abertura 1 de los tristores después de un programa preparado de antemano (ramp) y debido a este grado de conexión gradual subsecuente sobre la red durante el paso del generador de inducción del número de rotación asíncrono, aparece en el sistema un gran impulso no deseado durante el periodo de conexión. La forma más fácil de explicar este impulso es que el ángulo de fase de la máquina asíncrona aumenta de modo considerable, cuando la máquina produce la conversión del motor en marcha al generador en marcha, esto es, durante el paso del número de rotación síncrono. El ángulo de fase afecta a la eficiencia del tiempo de la apertura de los tristores, de forma que el tiempo de apertura aumenta cuando el ángulo aumenta (con tal de que el ángulo de abertura de los tristores quede inmodificado). Esto significa que un incremento gradual del ángulo de abertura de los tristores por sí solo no resulta suficiente para asegurar un proceso de conexión suave sin impulsos. Se dice en términos populares que el grado de conexión de los tristores se autoincrementa en un intervalo de conexión estrecho alrededor del número de rotación síncrono. Es necesario un control más inteligente de los tristores, en el que entre los distintos parámetros de funcionamiento sea necesario prestar atención a los cambios del ángulo de fase durante el proceso, si se pretende conseguir un límite del amperaje durante el proceso de conexión e inmediatamente después de éste. El deseo de poner un límite a la resistencia de la conexión no solo se debe a la condición técnica acerca de la construcción de la turbina sobre este punto se piensa en un servicio activo mecánico prolongado de los engranajes y las alas, etc., cuando los impactos sobre el par son limitados - sino también debido al hecho de que hoy en día diversos propietarios de red demandan que la corriente del sistema de energía eólica conectada satisfaga las demandas específicas adicionales de un amperaje de conexión máximo. La finalidad de la presente invención es precisamente mostrar un principio de conexión y una conexión que satisfaga esta demanda. La invención se refiere a un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 y a un circuito eléctrico de acuerdo con la reivindicación 5, y hace posible...

1.- Procedimiento para conectar un generador de inducción polifásico (1) a una red polifásica de corriente alterna, de forma que la conexión se lleva a cabo por medio de unos tristores cuyo ángulo de abertura se diversifica durante un periodo de conexión controlado, el cual es accionado en consideración al deseo de una conexión suave con la red y un límite del amperaje máximo durante el periodo de conexión, este procedimiento consiste más precisamente en la adopción, durante la totalidad del periodo de conexión de una determinación continua del ángulo de fase del generador en base al cual se efectúa un ajuste continuo del ángulo de abertura de los tristores, de tal manera que la conexión percibida del generador dentro de la red se obtiene en un acoplamiento suave, el cual procedimiento comprende así mismo una etapa de determinación del ángulo de fase del generador mediante el registro del tiempo del paso cero de la tensión de fase (Uf) de la red y una detección simultánea del tiempo del paso de potencia cero del tristor respectivo, por medio de lo cual la diferencia entre los dos periodos indica una expresión del ángulo de fase () en la respectiva fase, caracterizado por el hecho de que el tiempo de ignición de los tristores es corregido de forma sucesiva en relación al ángulo de fase determinado, de tal manera que el ángulo de abertura resultante de los tristores se reducirá o aumentará a una tasa controlada del periodo de conexión, dicha corrección consiste en más concretamente en que la influencia de las variaciones del ángulo de fase () durante y después del número de rotación síncrono o del ángulo de abertura del tristor es compensada por la corrección continua del tiempo de ignición del tristor, de tal manera que el ángulo de abertura del tristor disminuye cuando el ángulo de fase determinado aumenta y viceversa, de tal manera que en el momento del ajuste del ángulo de abertura se consigue principalmente que el amperaje producido por el generador no exceda de un valor predeterminado durante y después del paso de la etapa síncrona del número determinante. 2.- Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la detección del tiempo de paso de potencia cero de los tristores es iniciado mediante la medición de la tensión del tristor. 3.- Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, que comprende así mismo la instalación de un circuito electrónico para controlar los elementos de conexión (esto es, el punto de ignición, cuando se trata de los tristores) un algoritmo calcula actualmente el punto de ignición en base a la fase determinada () considerando otros parámetros de cálculo determinantes, los cuales pueden ser específicos del generador de inducción en cuestión, y los cuales pueden ser determinados por cálculo y /o de forma empírica. 4.- Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1, 2 o 3, que comprende una regulación DP o DPI, cuando el amperaje producido por el generador forma parte de un parámetro del ajuste principal, y cuando se tiene en cuenta la frecuencia y la aceleración del generador. 5.- Circuito eléctrico que comprende unos medios para conectar un generador de inducción polifásico (1) a una red de corriente alterna polifásica (2) de acuerdo con el procedimiento de las reivindicaciones 1 a 4, en el que los tristores comprenden dos tristores paralelos opuestos (4) para cada fase, un circuito de ignición electrónico para los tristores que contiene unos dispositivos de cálculo y unos datos, por ejemplo, en forma de un microprocesador basado en computadora para el cálculo del punto de descarga eléctrica, como alternativa en forma de circuito de ajuste análogo con la misma función, y un circuito de medición (5) para detectar el ángulo de fase, en el que el circuito de medición electrónico comprende dos diodos fotoemisores (7) en paralelo con su respectivo tristor (4) en un conductor de fase determinado, por medio de la cual un diodo fotoemisor está encendido cuando el tristor está apagado, esto es, cuando hay una tensión sobre el tristor, y está apagado cuando el tristor está encendido, por medio de lo cual, para cada diodo fotoemisor un optoacoplador (8), un fotodetector o un elemento óptico similar detecta el punto de descarga eléctrica del diodo fotoemisor (7), qué punto - que indique el paso cero de la tensión del tristor que se corresponda con el momento de extinción del tristor - forma parte de la determinación del ángulo de fase () de la fase en cuestión, y por medio de lo cual el circuito comprende así mismo unos medios para medir la tensión de fase (Uf) de la red en cada fase, utilizándose dicha medición para determinar el paso cero de la tensión de las fases respectivas de la red. E98111683 03-11-2011   6 E98111683 03-11-2011   7 E98111683 03-11-2011