INSTALACIÓN DE ENERGÍA EÓLICA CON CIRCUITO ADICIONAL PARA FUNCIONAMIENTO CON VIENTO DÉBIL.

Instalación de energía eólica con circuito adicional para funcionamiento con viento débil La invención se refiere a una instalación de energía eólica que comprende un rotor eólico para el accionamiento de un generador asíncrono para el suministro de potencia eléctrica a un transformador. Las instalaciones de energía eólica se producen para regímenes de potencia cada vez más grandes. En el caso de condiciones de viento favorables, estas instalaciones de energía eólica pueden suministrar una gran potencia para la alimentación a una red. En el caso de instalaciones de energía eólica instaladas en el mar, el servicio a plena carga o casi a plena carga es muy frecuente. No obstante, en el caso de las instalaciones de energía eólica instaladas en la costa o incluso más en el interior, las condiciones de viento en muchos casos no son tan favorables. Por lo tanto, las instalaciones de energía eólica deben estar concebidas para poder proporcionar aún suficiente potencia eléctrica en caso de condiciones de viento menos favorables. Por consiguiente, es importante el aumento del rendimiento en cuanto a la potencia en condiciones de viento débil, para aumentar la rentabilidad de una instalación de energía eólica precisamente en estos emplazamientos de por sí difíciles. Cuanto mayor sea la potencia nominal de una instalación de energía eólica con tanta mayor frecuencia es de esperar que funcione en modo de viento débil respecto a su potencia nominal. Para instalaciones de energía eólica de una potencia baja con un generador de imanes permanentes es conocido que varía el nivel de la tensión de la potencia suministrada en función de la velocidad de giro del rotor eólico (que depende a su vez de la velocidad del viento). Para poder conectar a pesar de ello un generador de imanes permanentes de este tipo con una red con una tensión nominal sustancialmente constante, el generador de imanes permanentes puede conectarse con la red mediante un transformador escalonado. Mediante una conmutación correspondiente de las etapas del transformador, la tensión inestable del generador de imanes permanentes puede ser transformada de una forma adecuada para la tensión en la red. Como alternativa, para las instalaciones de energía eólica se usan en muchos casos generadores asíncronos. Lo característico de estos generadores es que el estator está conectado directamente con la red, por lo que se mantiene siempre al nivel de la tensión de la red. Aquí no puede conseguirse una adaptación con un transformador escalonado. El documento GB-A-2 410 386, que corresponde en gran medida a la reivindicación 1, describe una instalación de energía eólica de este tipo. Se plantea el objetivo de mejorar instalaciones de energía eólica con generador asíncrono respecto a su comportamiento de servicio con viento débil. Cuando sopla un viento débil, el rotor eólico de la instalación de energía eólica funciona con una velocidad de giro baja. Por lo tanto, el generador accionado directamente por el rotor eólico o por un engranaje también funciona con una velocidad de giro comparativamente baja. Está muy por debajo de la velocidad de sincronismo determinada unívocamente por la frecuencia de la red y el número de polos. Esto significa que se produce un deslizamiento comparativamente elevado en el generador asíncrono. No obstante, el sistema eléctrico de la instalación de energía eólica formado por el generador y el convertidor de frecuencia sólo está concebido para funcionar hasta un deslizamiento determinado. Por regla general, es un deslizamiento límite de aprox. un 25 %. Si se desea ampliar este intervalo hacia abajo alcanzando velocidades de giro más bajas, para ello se necesita en principio un convertidor de frecuencia de dimensiones más grandes. No obstante, esto es complicado y, por lo tanto, caro. Por consiguiente, se han concebido posibilidades alternativas para permitir con un sistema convencional de generador/convertidor de frecuencia un modo de viento débil con un deslizamiento más elevado. La primera posibilidad prevé poner en cortocircuito el arrollamiento del estator del generador para el modo de viento débil. En este caso, el generador suministra la potencia eléctrica generada sólo mediante el circuito del rotor. Esto significa que toda la potencia debe pasar por el convertidor de frecuencia. La máquina asíncrona se hace funcionar, por lo tanto, en este caso con una especie de concepto de convertidor de frecuencia integral. Por consiguiente, se renuncia en este caso a las ventajas que resultan por el uso de una máquina asíncrona doblemente alimentada, al menos para este modo de servicio. La segunda posibilidad está en prever una conmutación estrella-triángulo para el estator. Esta conmutación es un circuito que en principio ha dado buenos resultados durante decenios para hacer funcionar motores trifásicos con dos puntos de funcionamiento dinámico distintos. Una conmutación estrella-triángulo de este tipo requiere un conmutador relativamente costoso. Por un lado, debe estar dimensionado para absorber toda la potencia generada en el circuito del estator, también a plena carga y, por otro lado, debe poder conmutar cada arrollamiento individual del estator de dos formas completamente diferentes, es decir, por una parte, a un punto neutro común y, por otra parte, en triángulo, conectándolo con los otros dos arrollamientos, respectivamente. Se ha mostrado que las dos posibilidades anteriormente indicadas aún son relativamente costosas afectando además la fiabilidad. La invención tiene el objetivo de indicar partiendo de la posibilidad indicada en último lugar un circuito y un procedimiento, con los que pueda conseguirse una mejora del comportamiento de servicio con viento débil con unos costes reducidos y una mayor fiabilidad. 2   La solución según la invención está en las características de las reivindicaciones independientes. En las reivindicaciones subordinadas se indican variantes ventajosas. En una instalación de energía eólica que comprende un rotor eólico para el accionamiento de un generador asíncrono para el suministro de potencia eléctrica a un transformador, que presenta un primer arrollamiento primario y con el que está conectado el generador mediante una conexión, según la invención está previsto que el transformador presente un segundo arrollamiento primario y un circuito adicional con un conmutador en la conexión, que está realizado para conectar el generador con el primero o el segundo arrollamiento primario en función de una señal de conmutación. A continuación, se explicarán algunos conceptos: Por generador asíncrono se entiende una máquina asíncrona que funciona como generador. La máquina asíncrona puede estar realizada con un rotor puesto en cortocircuito (máquina asíncrona con rotor en jaula de ardilla) o con un rotor devanado (máquina asíncrona doblemente alimentada). En el caso de la máquina asíncrona doblemente alimentada, se entenderá por estator aquel arrollamiento que está conectado directamente con el transformador o con la red y por rotor el otro arrollamiento, con el que está conectado el convertidor de frecuencia; esta denominación es válida independientemente de cuál de los dos arrollamientos gira realmente con el árbol de transmisión. Los conceptos primero y segundo sirven para distinguir los arrollamientos primarios. No han de entenderse como limitativos. En particular, pueden estar previstos otros (terceros, cuartos etc.) arrollamientos primarios. La invención está basada en la idea de hacer funcionar mediante el circuito adicional y su conmutador el arrollamiento del generador que suministra potencia eléctrica (en caso de una máquina asíncrona doblemente alimentada esto es, por lo general, el arrollamiento estacionario del estator) según el estado de servicio a un nivel de tensión más elevado o más bajo. En un modo de viento fuerte, el estator está conectado con el primer arrollamiento primario, en caso de un modo de viento débil con el segundo. La relación de transformación del transformador es por lo general tal que el segundo arrollamiento primario presenta un nivel de tensión más bajo que el primer arrollamiento primario. De este modo la invención consigue que el estator se mantenga a un nivel de tensión más bajo cuando funciona en el modo de viento débil. Esto requiere que también la tensión del rotor baje forzosamente. La tensión más baja en el rotor permite, a su vez, un servicio con un deslizamiento más elevado. Por ejemplo, puede conseguirse un deslizamiento de algo más de un 35 % en comparación con un valor máximo convencional de un 25 % manteniéndose por lo demás el generador y el convertidor de frecuencia sin cambios. Gracias a la relación sobreproporcional con la potencia generada, este aumento del deslizamiento de un 10 % supone una ampliación... [Seguir leyendo]

1.- Instalación de energía eólica que comprende un rotor eólico (3) para el accionamiento de un generador asíncrono (4) doblemente alimentado con estator (41) y un rotor (42) para el suministro de potencia eléctrica a un transformador (9) con un primer arrollamiento primario (91) y un arrollamiento secundario (90), estando conectado el rotor (42) del generador asíncrono (4) con el primer arrollamiento primario (91), caracterizada porque el transformador (9) presenta un segundo arrollamiento primario (92) y un circuito adicional con un conmutador (8) está conectado entre el generador asíncrono (4) y el transformador (9) de tal modo que el conmutador (8) conecta el estator (42) del generador asíncrono (4) en función de una señal de conmutación con el primer arrollamiento primario (91) o con el segundo arrollamiento primario (92), de modo que el estator se mantiene en el modo de viento débil a un nivel de tensión más bajo. 2.- Instalación de energía eólica según la reivindicación 1, caracterizada porque uno de los arrollamientos primarios (92) está formado mediante una toma en el otro arrollamiento primario (91). 3.- Instalación de energía eólica según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el circuito adicional presenta además un dispositivo de control adicional (7) para generar automáticamente la señal de conmutación. 4.- Instalación de energía eólica según la reivindicación 3, caracterizada porque el dispositivo de control adicional (7) presenta un módulo de vigilancia de la potencia (71) que está conectado con un módulo de clasificación (72), estando realizado el módulo de clasificación (72) para clasificar las señales emitidas por el módulo de vigilancia de la potencia (71) en un modo de viento débil y un modo de viento fuerte. 5.- Instalación de energía eólica según la reivindicación 4, caracterizada porque un dispositivo de medición (57) de la intensidad de viento y/o una señal de medición para la potencia eléctrica suministrada está/n conectado/s con el módulo de vigilancia de la potencia (71) como señal de entrada. 6.- Instalación de energía eólica según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque está previsto otro arrollamiento primario y el conmutador (8) está realizado de tal modo que conecta el generador asíncrono (4) con el primero, con el segundo o con otro arrollamiento primario (91, 92). 7.- Procedimiento para el funcionamiento de una instalación de energía eólica con un rotor eólico (3), un generador asíncrono (4) doblemente alimentado accionado por éste con estator (41) y rotor (42) para el suministro de potencia eléctrica a un transformador (9), estando conectado el generador (4) mediante un conmutador (8) con el transformador (9) y funcionando según la posición del conmutador (8) en un primero o un segundo modo de servicio, caracterizado por el funcionamiento de la instalación de energía eólica en uno de los modos de servicio, estando conectado el estator (41) del generador (4) con uno de los arrollamientos primarios (91, 92) del transformador (9), vigilancia de la potencia de la instalación de energía eólica, determinación de si la instalación de energía eólica funciona en un intervalo de conmutación, accionamiento del conmutador (8), por lo que el estator (41) del generador (4) queda conectado con otro de los arrollamientos primarios (92, 91) y funcionamiento de la instalación de energía eólica en el otro modo de servicio, manteniéndose el estator en el modo de viento débil a un nivel de tensión más bajo. 8.- Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado porque la determinación del funcionamiento de la instalación de energía eólica en un intervalo de conmutación se realiza teniéndose en cuenta un intervalo de tiempo mínimo. 9.- Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado por la consulta de un temporizador. 10.- Procedimiento según una de las reivindicaciones 7 a 9, caracterizado porque la determinación del funcionamiento de la instalación de energía eólica en un intervalo de conmutación se realiza teniéndose en cuenta una histéresis. 11.- Procedimiento según una de las reivindicaciones 7 a 10, caracterizado por el mantenimiento de una velocidad de giro (3) antes del accionamiento del conmutador (8) y liberación de la velocidad de giro después. 12.- Procedimiento según la reivindicación 11, caracterizado por el mantenimiento de una velocidad de giro mediante la prescripción de un valor teórico especial para un regulador del ángulo de inclinación (35) mediante un módulo de ajuste de la velocidad de giro (73). 13.- Procedimiento según la reivindicación 12, caracterizado porque como valor teórico especial se usa el valor de la velocidad de giro actual antes de la conmutación. 14.- Procedimiento según la reivindicación 12, caracterizado porque como valor teórico especial se usa un valor teórico deseado de la velocidad de giro después de la conmutación. 15.- Procedimiento según la reivindicación 14, caracterizado porque el valor de la velocidad de giro se elige de tal modo que durante la conmutación se produzca un salto del par lo más bajo posible. 8   9     11