PROCEDIMIENTO PARA EL FUNCIONAMIENTO DE UNA INSTALACIÓN DE ENERGÍA EÓLICA CON CASCADA SOBRESINCRONIZADA.

Instalación de energía eólica con un rotor accionable por el viento,

con preferencia palas de rotor regulables con uno o varios ángulos, con un generador conectado directa o indirectamente con el rotor para la generación de energía eléctrica, que está configurado como generador asíncrono con cascada sobresincronizada del rectificador de corriente en el circuito del rotor para un funcionamiento del rotor de resbalamiento variable, de manera que la cesión de potencia del generador es posible con un número variable de revoluciones del motor, y con un sistema de guía del funcionamiento, que está configurado para regular, dentro de un intervalo predeterminado de la velocidad del viento, el número de revoluciones del rotor, con preferencia mediante el ajuste del ángulo de las palas del rotor, en la que la cascada sobresincronizada del rectificador de corriente en el circuito del rotor está configurada para la alimentación de la potencia de resbalamiento a la red, caracterizada porque el estator está configurado para cortocircuitarse en el caso de una velocidad baja del viento, con preferencia a través de una resistencia trifásica de resbalamiento, y para separarse de la red

La invención se refiere a una instalación de energía eólica con un rotor accionable por el viento, con preferencia palas de rotor regulables con uno o varios ángulos, con un generador conectado directa o indirectamente con el rotor para la generación de energía eléctrica, que está configurado como generador asíncrono con cascada 5 sobresincronizada del rectificador de corriente en el circuito del rotor para un funcionamiento del rotor de resbalamiento variable, de manera que la cesión de potencia del generador es posible con un número variable de revoluciones del motor, y con un sistema de guía del funcionamiento, que está configurado para regular, dentro de un intervalo predeterminado de la velocidad del viento, el número de revoluciones del rotor, con preferencia mediante el ajuste del ángulo de las palas del rotor. 10

Además, la invención se refiere a un procedimiento para la regulación de la cesión de potencia de una instalación de energía eólica, en el que se regula el resbalamiento.

Una instalación del tipo indicado al principio se conoce a partir de la solicitud más antigua de la solicitante DE 10117212.5.

Tales instalaciones de energía eólica, que trabajan con número variable de revoluciones del rotor y con ángulos 15 variables de las palas del rotor, proporcionan más energía eléctrica que las instalaciones, que trabajan con un único número fijo de revoluciones del rotor y con ángulos fijos de las palas del rotor. Habitualmente se trabaja con número variable de revoluciones en la zona de velocidades muy reducidas del viento, de manera que las palas del rotor adoptan un ángulo grande frente al viento incidente, que es solamente algo inferior a 90 grados. Este ángulo de las palas del rotor no se modifica en primer lugar a medida que se incrementan las velocidades del viento hasta que la velocidad del 20 viento es suficiente para hacer girar el rotor con número nominal de revoluciones, de manera que la instalación de energía eólica cede su potencia nominal. Por lo tanto, la cesión de la potencia se incrementa a partir de una potencia muy pequeña a una velocidad mínima del viento junto con el número de revoluciones del rotor hasta que se alcanza la potencia nominal. A medida que se incrementa más la velocidad del viento, se mantienen ahora la potencia nominal y el número nominal de revoluciones lo más constantes posible, siendo desplazadas las palas del rotor cada vez más en la 25 dirección del viento hasta que la velocidad del viento se eleva por encima de una velocidad de desconexión. Aquí se desconecta la instalación de energía eólica, girando las palas del rotor totalmente en la dirección del viento, de manera que el ángulo de las palas del rotor es aproximadamente cero grados frente a la dirección del viento. De esta manera, se frena el rotor. La desconexión a velocidades muy altas del viento es necesaria porque la carga de la instalación de energía eólica en el funcionamiento con viento fuerte, en particular con ráfagas, puede ser tan grande que se produzcan 30 daños.

A medida que se incrementa la potencia y el número de tales instalaciones de energía eólica, la compensación de las oscilaciones de la potencia de corta duración en la EVU plantea cada vez dificultades mayores. Por lo tanto, los requerimientos planeados a la calidad de la corriente alimentada son cada vez mayores.

Con esta finalidad han sido desarrollados controles adecuados para generadores asíncronos. Tal generador 35 asíncrono alcanza a través de un control correspondiente por ordenador un resbalamiento variable de hasta 10 %, lo que significa que el rotor y el generador admiten una oscilación del 10 % en el número de revoluciones con ráfagas de viento. Con vientos fuertes, el generador mantiene la generación de corriente constate en la potencia nominal. La elasticidad en el sistema reduce al mínimo la solicitación de los componentes vitales de la instalación de energía eólica y mejora la calidad de la corriente, que es alimentada a la red de corriente. 40

En este tipo de funcionamiento conocido de la instalación de energía eólica con un generador de corriente trifásica, la adaptación del número de revoluciones para una alimentación uniforme de la red en caso de ráfagas de viento se realiza a través de un resbalamiento variable con una resistencia controlada por impulsos en el circuito del rotor. La potencia de resbalamiento del rotor permanece inutilizada y se convierte en calor.

Otro concepto conocido es la cascada sobresincronizada para un generador asíncrono con anillos de contacto. 45 La potencia de resbalamiento rectificada es alimentada en este caso a la red a través de un vibrador guiado por la red. En esta aplicación son un inconveniente los momentos pendulares fuertes de las oscilaciones de la corriente generada en el generador, una necesidad alta de potencia ciega y un basculamiento posible del vibrador en caso de fallo de la red.

Otro procedimiento de una cascada, conocido a partir del documento US-A-6.137.187, es la regulación de las 50 corrientes del rotor con un convertidor del circuito intermedio de la tensión de acuerdo con un procedimiento orientado al campo para un generador de corriente trifásica de doble alimentación para la utilización de una zona sub-sincronizada y sobre-sincronizada del número de revoluciones. Los procedimientos de regulación orientados al campo del generador asíncrono de doble alimentación son problemáticos en el caso de interrupciones cortas de la tensión en la red y en el caso de cortocircuito de la red. 55

El cometido de la invención es proponer una instalación de energía eólica, que acondiciona una calidad elevada de la corriente alimentada, así como un procedimiento para el funcionamiento de tal instalación. El

procedimiento para el funcionamiento de la instalación de energía eólica debe trabajar de forma robusta y con coste favorable y debe poder emplearse especialmente en redes propensas a averías. En particular, otro cometido de la invención es indicar un procedimiento que posibilita la generación económica de energía eléctrica también con viento débil.

El cometido del dispositivo se soluciona en una instalación del tipo indicado al principio porque la cascas 5 sobresincronizada del rectificador de corriente en el circuito del rotor está configurada para la alimentación de la potencia de resbalamiento a la red. Por lo tanto, de acuerdo con la invención, la potencia de resbalamiento es alimentada a la red. El funcionamiento de la instalación de energía eólica es de esta manera más económico.

Esto se consigue de manera más ventajosa porque la cascada sobresincronizada del rectificador de corriente presenta un circuito intermedio de tensión continua, que está configurado como convertidor elevador. 10

A este respecto, está previsto con ventaja que el convertidor elevador está configurado de manera que se conmuta con una frecuencia que es un múltiplo, con preferencia en el intervalo de 10 a 100 veces la frecuencia de la red.

El convertidor elevador puede presentar una modulación de a anchura del impulso o puede estar constituido por conmutadores IGBT con frecuencia variable. Una modulación de la anchura del impulso de los conmutadores IBGT, 15 controlada en función de las corrientes, de la frecuencia y de las tensiones del rotor, controla una tensión del circuito intermedio adaptada a la tensión de la red para el convertidor de impulsos del lado de la red.

Para la prevención de sobreoscilaciones de las corrientes del rotor, los conmutadores IGBT son sincronizados de manera ventajosa con frecuencia de conmutación variable alta y desfasados 180 grados, para seguir la ondulación en función del resbalamiento de la tensión rectificada del rotor. 20

Con ventaja, está previsto que el estator esté configurado de manera que se cortocircuita a una velocidad límite baja del viento, con preferencia a través de una resistencia trifásica de resbalamiento y se separa de la red. El generador puede suministrar entonces potencia a la red también todavía velocidades bajas del viento como generador asíncrono sencillo.

En un procedimiento del tipo indicado al principio, el cometido se soluciona porque la potencia de 25 resbalamiento es alimentada a la red.

En este caso, de manera ventajosa, la tensión rectificada del rotor del generador en función del número de revoluciones es elevada con los convertidores elevadores al nivel de la tensión de la red.

Una configuración... [Seguir leyendo]

1. Instalación de energía eólica con un rotor accionable por el viento, con preferencia palas de rotor regulables con uno o varios ángulos, con un generador conectado directa o indirectamente con el rotor para la generación de energía eléctrica, que está configurado como generador asíncrono con cascada sobresincronizada del rectificador de corriente en el circuito del rotor para un funcionamiento del rotor de resbalamiento variable, de manera que la cesión de 5 potencia del generador es posible con un número variable de revoluciones del motor, y con un sistema de guía del funcionamiento, que está configurado para regular, dentro de un intervalo predeterminado de la velocidad del viento, el número de revoluciones del rotor, con preferencia mediante el ajuste del ángulo de las palas del rotor, en la que la cascada sobresincronizada del rectificador de corriente en el circuito del rotor está configurada para la alimentación de la potencia de resbalamiento a la red, caracterizada porque el estator está configurado para cortocircuitarse en el caso 10 de una velocidad baja del viento, con preferencia a través de una resistencia trifásica de resbalamiento, y para separarse de la red.

2. Instalación de energía eólica de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque la cascada sobresincronizada del rectificador de corriente presenta un circuito intermedio de tensión continua, que está configurado como convertidor elevador. 15

3. Instalación de energía eólica de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque el convertidor elevador está configurado para conectarse con una frecuencia que el múltiplo, con preferencia de 10 a 100 veces la frecuencia de la red.

4. Instalación de energía eólica de acuerdo con la reivindicación 1, 2 ó 3, caracterizada porque el convertidor elevador presenta una modulación de la anchura del impulso. 20

5. Instalación de energía eólica de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el convertidor elevador está configurado por conmutadores IGBT de forma conmutable con frecuencia variable.

6. Instalación de energía eólica de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque los conmutadores IGBT de los dos convertidores elevadores están configurados de manera que se conmuta con un desfase de 180 grados entre sí. 25

7. Procedimiento para la regulación de la cesión de potencia de una instalación de energía eólica de acuerdo con la reivindicación 2, en el que se regula el resbalamiento, de manera que se alimenta la potencia de resbalamiento a la red, caracterizado porque el generador de corriente trifásica es accionado en condiciones normales del viento en el funcionamiento normal con la cascada sobresincronizada con el convertidor elevador y en el caso de poco viento se conmuta a través de la separación de su estator de la red de corriente y cortocircuito del mismo a través de una 30 resistencia trifásica de resbalamiento a una máquina asíncrona sencilla y se acciona como tal.

8. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado porque el generador asíncrono es conducido con efecto de auto-excitación con los condensadores y alimenta su energía eléctrica con frecuencia variable, en función de las revoluciones del rotor, a través del rectificador y del convertidor elevador, a los condensadores del circuito intermedio, y el convertidor de impulsos alimenta la energía generada a la red de corriente. 35

9. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 7 u 8, caracterizado porque tan pronto como la potencia mecánica excede la potencia eléctrica del convertidor de impulsos, el generador es sincronizado con el estator y es conectado con la red de corriente, y la potencia de resbalamiento sobresincronizada con la disposición de cascada es alimentada a la red.

10. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 7 a 9, caracterizado porque al menos un cable 40 es conducido desde el generador dispuesto con preferencia en una góndola hacia un armario de distribución en una base de la torre y actúa como resistencia de resbalamiento.

11. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 7 a 10, caracterizado porque la tensión intermedia de la cascada de rectificadores es elevada a la tensión de la red y se regula de acuerdo con el resbalamiento. 45

12. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 7 a 11, caracterizado porque la cesión de potencia de la cascada de rectificadores a la red es controlada por medio de una modulación de la anchura del impulso.

13. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 7 a 12, caracterizado porque la alimentación de la potencia del circuito intermedio a la red se realiza adaptada a la necesidad de potencia ciega de la red.

14. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 7 a 13, caracterizado porque la conexión de la 50 corriente del circuito intermedio a través de los dos convertidores elevadores se realiza desfasada 180 grados entre sí, con preferencia modulada en la anchura del impulso y/o de frecuencia variable.