PROCEDIMIENTO PARA EL FUNCIONAMIENTO DE UNA INSTALACIÓN DE ENERGÍA EÓLICA CON UN ALTERNADOR SINCRÓNICO Y UN ENGRANAJE DE SUPERPOSICIÓN.

Procedimiento para el funcionamiento de una instalación de energía eólica con un alternador sincrónico (18),

un engranaje de superposición (14), conectado entre el eje del rotor (12) y el eje del generador (16) y una unidad de accionamiento, caracterizado porque antes de superponer el alternador sincrónico (18) a la red eléctrica, la unidad de accionamiento acciona el alternador sincrónico hasta que éste ha alcanzado su número de revoluciones nominal

La presente invención se refiere a un procedimiento para el funcionamiento de una instalación de energía eólica con un alternador sincrónico y un engranaje de superposición.

En un artículo resumen “Instalaciones de energía eólica con número de revoluciones variable con un engranaje de superposición de regulación eléctrica” de P. Caselitz y col., del grupo de conferencias “DEWEK ‘92”, pág. 171-175, se presenta el uso de engranajes de superposición de regulación eléctrica para el funcionamiento de instalaciones de energía eólica con número de revoluciones variable. Caselitz y col. describen que en este concepto, la variación del número de revoluciones no se realiza en la parte eléctrica sino en la parte mecánica de la instalación. Para ello se emplea un engranaje de superposición, tal y como se emplea también, por ejemplo, en una división de par. El engranaje de superposición dispone de un tercer eje, a través del cual se puede variar la relación del número de revoluciones entre el rotor y el generador en la instalación de energía eólica. La relación entre los números de revoluciones de los tres ejes se puede resumir como sigue:

i1ωR – i2ωC – ωG = 0,

en donde i1 e i2 son las relaciones de multiplicación predeterminadas de forma constructiva y ωR es el número de revoluciones del rotor, ωC el número de revoluciones en el tercer eje del engranaje de superposición y ωG el número de revoluciones del generador. Para el accionamiento del tercer eje del engranaje de superposición se emplea por lo general un accionamiento eléctrico. Caselitz y col. proponen el uso de una máquina asíncrona alimentada por convertidor estático con rotor de jaula de ardilla.

De la ecuación anterior es directamente comprensible que con el generador superpuesto con un número de revoluciones ωG constante se puede compensar una velocidad variable del rotor ωR(t) debido a, por ejemplo, cambios en las condiciones del viento y otras condiciones límite, mediante la adaptación del número de revoluciones en el tercer eje, en donde aquí se puede aplicar un par de fuerzas al generador a través del tercer eje, o ser aplicado en el tercer eje a través del rotor.

Del documento DE10361443B4 se conoce una instalación de energía eólica que presenta un generador de número de revoluciones constante acoplado a la red. Para el control de la instalación de energía eólica en el régimen de carga parcial está previsto un regulador con tres planos de regulación. En el primer plano de regulación el rotor eólico acciona un eje de entrada de un engranaje de división de par. En una ramificación de potencia está previsto un convertidor de ajuste hidrodinámico con difusor y álabe director. También está previsto un elemento de reacción en una ramificación de potencia, que provoca un retorno de potencia a través de la otra ramificación de potencia hacia el engranaje de división de par. Como ventajas para esta conformación de una instalación de energía eólica se indica una regulación mejorada en una instalación de energía eólica con un engranaje de superposición.

Del documento DE10357292B4 se conoce un procedimiento para el control de la cadena cinemática de una instalación de energía eólica con control del número de revoluciones, en donde el control del número de revoluciones se realiza mediante un engranaje de división de par y un convertidor de ajuste hidrodinámico. El convertidor de ajuste hidrodinámico comprende una rueda de bomba, una rueda de turbina y un elemento ajustable de reacción y permite de este modo una regulación con control del número de revoluciones de la instalación de energía eólica con número de revoluciones constante para el generador eléctrico.

Del documento EP1283359A1 se conoce una instalación de energía eólica con un engranaje de superposición. El eje de regulación para el ajuste de la relación de multiplicación en el engranaje de superposición se acciona mediante una máquina eléctrica, para mantener constante el número de revoluciones en el generador o dentro de un intervalo determinado. La máquina eléctrica puede estar accionada para ello tanto mediante un generador como mediante un motor.

El objeto de la invención es el de ofrecer un procedimiento para el funcionamiento de una instalación de energía eólica que evite averías en la red y/o una sobrecarga de componentes individuales de la cadena cinemática en la conexión del alternador sincrónico.

Según la invención, el objetivo se resuelve mediante un procedimiento de las características de la reivindicación 1. Conformaciones ventajosas representan los objetos de las reivindicaciones dependientes.

El procedimiento según la invención sirve para el funcionamiento de una instalación de energía eólica con un alternador sincrónico y un engranaje de superposición. El engranaje de superposición está conectado entre un eje del rotor y un eje del generador. Asimismo está prevista una unidad de accionamiento, a través de la cual se puede aplicar un par de fuerzas desde la unidad de accionamiento al eje del generador. Según la invención, antes de superponer el generador, la unidad de accionamiento acciona el mismo hasta que el generador haya alcanzado su número de revoluciones nominal. Solo una vez alcanzado el número de revoluciones nominal, posiblemente después de realizar un ajuste fino del número de revoluciones nominal, se conecta el generador a la red. En el procedimiento según la invención se produce de este modo una superposición suave, en la que se evitan variaciones de tensión e impulsos parásitos de alta intensidad.

En una conformación preferida, la unidad de accionamiento está acoplada con el engranaje de superposición. Ventajosamente, la unidad de accionamiento también puede servir como unidad de regulación, que asume durante el funcionamiento la regulación del número de revoluciones / par de fuerzas. El engranaje de superposición está conectado en esta conformación con el eje del rotor como eje de entrada y con el eje del generador como eje de salida, en donde la unidad de accionamiento puede aplicar un par de fuerzas sobre el eje del generador a través de un eje adicional.

En un perfeccionamiento preferido, el rotor se encuentra detenido durante el proceso de superposición. Cuando la unidad de accionamiento también sirve como unidad de regulación y está conectada al tercer eje del engranaje de superposición, el puente del engranaje de superposición se apoya sobre el rotor, de tal forma que existe un par de fuerzas.

En una conformación alternativa, el rotor dispone de un número de revoluciones distinto de cero durante la superposición del generador. Por lo tanto puede existir un par de fuerzas en el eje del rotor y con ello en el eje de entrada del engranaje de superposición. En esta constelación se realiza preferentemente un control del funcionamiento de la instalación de energía eólica en el que el número de revoluciones del rotor se mantiene constante. En un control de funcionamiento de este tipo, la unidad de accionamiento, que también se utiliza como unidad de regulación, proporciona únicamente el par de fuerzas necesario a través del engranaje de superposición para alcanzar el número de revoluciones nominal. Alternativamente también es posible que el par de fuerzas existente en el eje del rotor se desacople del eje del generador a través del engranaje de superposición y llevar de este modo al generador hasta el número de revoluciones nominal deseado exclusivamente a través de una unidad de accionamiento, que puede estar, por ejemplo, directamente acoplada al generador.

En una conformación preferida, el rotor se encuentra detenido durante el proceso de superposición. Alternativamente es posible que el rotor disponga de un número de revoluciones distinto de cero durante el proceso de superposición, pero que funcione sin potencia. Para ello se realiza preferentemente un control del funcionamiento de la instalación de energía eólica que controla el rotor para mantener el número de revoluciones constante.

En una conformación preferida, inmediatamente antes de la superposición del generador, se realiza un ajuste fino del número de revoluciones del generador, que evite variaciones de tensión en la red.

A continuación se describe más detalladamente la invención sobre la base de unos ejemplos.

Se muestra:

fig. 1 una vista esquemática de una instalación de energía eólica... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para el funcionamiento de una instalación de energía eólica con un alternador sincrónico (18), un engranaje de superposición (14), conectado entre el eje del rotor (12) y el eje del generador (16) y una unidad de accionamiento, caracterizado porque antes de superponer el alternador sincrónico (18) a la red eléctrica, la unidad de accionamiento acciona el alternador sincrónico hasta que éste ha alcanzado su número de revoluciones nominal.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la unidad de accionamiento acciona el generador a través del engranaje de superposición.

3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque la unidad de accionamiento dispone de un motor eléctrico.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque antes del proceso de superposición, el eje del rotor está desacoplado del eje del generador (16) a través del engranaje de superposición.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el rotor gira libre de potencia o está detenido durante la superposición del generador.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el rotor gira libre de potencia a un número de revoluciones distinto de cero durante la superposición del generador.

7. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado porque la unidad de mando de la instalación de energía eólica controla el rotor para regular el número de revoluciones del rotor.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la unidad de accionamiento se controla para sincronizar la tensión generada por el generador con la tensión en la red y mantener la frecuencia del generador igual que la frecuencia de la red.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la unidad de accionamiento dispone de un motor auxiliar (54) que está acoplado con el alternador sincrónico a través de un acoplamiento (58).

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la unidad de accionamiento dispone de un motor auxiliar (54) que está directamente acoplado al alternador sincrónico.