INSTALACIÓN DE ENERGÍA EÓLICA CON UN MÓDULO DE POTENCIA REACTIVA PARA EL SOPORTE DE LA RED Y PROCEDIMIENTO ASOCIADO.

Instalación de energía eólica con un rotor (4), un generador (3) accionado por éste,

que genera potencia eléctrica y la entrega a una red eléctrica (6), y una unidad de control (32) que controla el funcionamiento de la instalación de energía eólica y presenta un módulo de control de la potencia reactiva (321), caracterizada porque la unidad de control (32) presenta un dispositivo de determinación (35) de una potencia activa mínima de seguridad, siendo la potencia activa mínima de seguridad la potencia activa necesaria para el funcionamiento de la instalación de energía eólica en sus límites de funcionamiento, y estando previsto un dispositivo de limitación (323) que está unido con el dispositivo de determinación (35) y el módulo de control de la potencia reactiva (321) y actúa de forma que como máximo se genera tanta potencia reactiva que todavía queda a disposición la potencia activa mínima de seguridad

La invención se refiere a una instalación de energía eólica con un rotor, un generador accionado por éste, que genera potencia eléctrica y la entrega a una red eléctrica, y una unidad de control que controla el funcionamiento de la instalación de energía eólica y presenta un módulo de potencia reactiva.

Las instalaciones de energía eólica tienen cada vez más aceptación. Con frecuencia no se colocan solas sino 5 que se reúnen en así denominados parques eólicos. La capacidad de la central eléctrica alimentada por las instalaciones de energía eólica es considerable. Por ello se pasa a conectar las instalaciones de energía eólica no en redes de distribución en el rango de media tensión, sino de forma creciente conectarlas directamente a la red de transporte en el rango de alta y muy alta tensión. Esto conlleva exigencias modificadas en la relación de la instalación de energía eólica con caídas de tensión. Al contrario que las centrales eléctricas conectadas en redes de distribución, las centrales 10 eléctricas conectadas a redes de transporte no pueden separarse de la red durante una caída de tensión momentánea. Deben soportar la red durante una caída de tensión, por ejemplo, debida a un cortocircuito, y deben inyectar potencia activa en la red. En otro caso podría producirse una situación crítica para la red que podría conducir a una bajada de la frecuencia en la red y a la sobrecarga de los medios de funcionamiento y finalmente a la desconexión de todas las centrales eléctricas. Pero un requisito para la inyección de potencia activa es que en la red todavía se mantenga un nivel 15 de tensión suficiente. Si baja demasiado la tensión en la red, así debería aumentarse en la misma medida la corriente según la relación conocida según la cual la potencia eléctrica es proporcional al producto de tensión e intensidad, para que todavía se pueda inyectar la misma potencia activa en la red. Dado que la corriente no puede aumentarse a voluntad debido al diseño de las centrales eléctricas, hay un valor límite crítico para la tensión; bajo este valor no es posible inyectar la potencia deseada a la red. 20

Se conoce elevar el nivel de tensión en el punto de interconexión entre central eléctrica y red mediante inyección de la corriente reactiva capacitiva, siempre y cuando el cortocircuito que ha provocado el fallo de la línea se encuentre a una distancia consabida del punto de interconexión. Los operadores de la red dan por ello a los operadores de las centrales eléctricas especificaciones consabidas respecto a la inyección de corriente reactiva en el caso de disminuciones de tensión. Una especificación semejante puede realizarse en la forma de la curva característica representada en la fig. 6. 25 Así del documento DE-A-100 19 362 se conoce un procedimiento para la regulación de la potencia activa suministrada a la red, en el que adicionalmente se puede inyectar potencia reactiva para el soporte de la tensión de la red. Para que con ello no se supere la corriente global permitida está previsto reducir en caso necesario la potencia activa entregada.

Además, del documento GB-A-2 330 256 se conoce un procedimiento para la operación de parques eólicos en redes débiles, en el que para evitar un aumento crítico de la tensión con carga débil de la red está previsto bajar la 30 potencia activa entregada por el parque eólico. No se describe como se realiza un soporte cuando baja la tensión de la red. Además, se conocen procedimientos de regulación que prevén una limitación pura de la corriente (DE-A-101 38 399). Adicionalmente pueden predeterminarse otros parámetros como un valor de una corriente a inyectar o del factor de potencia. Esto sirve en primer lugar para la protección ante sobrepasamientos de valores límite respecto a la corriente inyectada, no se describe el mantenimiento de un nivel determinado de tensión o corriente. 35

Finalmente, del documento DE-C-100 59 018 se conoce un procedimiento para la regulación de potencia de instalaciones de energía eólica, que prevé la inyección de una potencia aparente lo más constante posible. Como valor de entrada está prevista una especificación de una potencia activa deseada, por lo que el regulador ajusta luego una potencia reactiva correspondiente para el mantenimiento constante de la potencia aparente. La facilitación de una potencia aparente constante tiene la desventaja de que en los momentos con una carga débil de la red se inyecta una cantidad 40 elevada de potencia reactiva. Esto puede conducir a influencias negativas indeseadas al valor de la tensión de red.

La corriente máxima suministrable por la instalación de energía eólica está limitada por los límites de funcionamiento de los componentes. Esto conduce a dificultades en el diseño. Si la instalación se diseña de forma que ya en el caso de una pequeña disminución de la tensión inyecta una corriente reactiva realmente elevada en la red, así sólo queda a disposición poca corriente activa y por consiguiente poca potencia activa. Si por el contrario la instalación se 45 diseña de forma que en el caso de una disminución de la tensión inyecta sólo poca corriente reactiva en la red, queda a disposición suficiente corriente activa, no obstante, a la red se le apoya sólo en pequeña medida.

Partiendo del estado de la técnica mencionado en último lugar, la invención tiene el objetivo de mejorar una instalación de energía eólica del tipo mencionado al inicio, de forma que evite las desventajas de una regulación de la potencia aparente y en particular presente un mejor comportamiento para el soporte de la red en el caso de disminuciones 50 de tensión.

La solución según la invención se encuentra en las características de las reivindicaciones independientes. Ampliaciones ventajosas son objeto de las reivindicaciones dependientes.

Según la invención una instalación de energía eólica está prevista con un rotor, un generador accionado por

éste, que genera potencia eléctrica y la entrega a una red eléctrica, y una unidad de control que controla el funcionamiento de la instalación y presenta un módulo de control de la potencia reactiva, de forma que la unidad de control presenta un dispositivo de determinación para una potencia activa mínima de seguridad y está previsto un dispositivo de limitación que está unido con el dispositivo de determinación y el módulo de control de la potencia reactiva y actúa de forma que como máximo se genera tanta potencia reactiva que todavía queda a disposición la potencia activa mínima de seguridad. 5

A continuación se explican algunos conceptos utilizados.

Bajo un generador se entiende una máquina que convierta la energía mecánica en energía eléctrica. El concepto no se limita a máquinas de corriente continua convencionales, sino que comprende también generadores para corriente alterna monofásica o multifase. Puede tratarse de una máquina síncrona o de una máquina asíncrona. En general el generador comprende también un ondulador, no obstante, no es obligatorio. El ondulador puede estar realizado también 10 como ondulador doble. El ondulador puede estar realizado con diferentes topologías, como por ejemplo, circuito intermedio de tensión, circuito intermedio de corriente, convertidor directo.

Bajo un rotor se entiende una hélice que está realizada con una pala o varias palas. Las palas pueden ajustarse preferiblemente en su ángulo de ataque.

Bajo potencia activa mínima de seguridad se entiende aquella potencia activa que es necesaria para que se 15 mantenga la velocidad de rotación de la instalación de energía eólica, de manera que no abandone una zona de trabajo permitida y que la carga mecánica de la cadena de accionamiento se mantenga por debajo de límites consabidos.

La invención se basa en la idea de controlar la instalación de energía eólica, de forma que en el caso de una disminución de la tensión contribuya lo máximo posible a la estabilización de la red, mientras que determina la necesidad de potencia requerida para su funcionamiento posterior seguro propio y utiliza la potencia sobrante en su totalidad para el 20 soporte de la red. Para ello la invención prevé que mediante un dispositivo de determinación se determine la potencia activa mínima necesaria para el funcionamiento seguro. La regulación está diseñada según la invención de forma que al menos se genera esta potencia activa. Por consiguiente se asegura que la instalación de energía eólica permanece dentro de sus límites de funcionamiento, en particular que la velocidad...

1. Instalación de energía eólica con un rotor (4), un generador (3) accionado por éste, que genera potencia eléctrica y la entrega a una red eléctrica (6), y una unidad de control (32) que controla el funcionamiento de la instalación de energía eólica y presenta un módulo de control de la potencia reactiva (321), caracterizada porque la unidad de control (32) presenta un dispositivo de determinación (35) de una potencia activa mínima de seguridad, siendo la potencia 5 activa mínima de seguridad la potencia activa necesaria para el funcionamiento de la instalación de energía eólica en sus límites de funcionamiento, y estando previsto un dispositivo de limitación (323) que está unido con el dispositivo de determinación (35) y el módulo de control de la potencia reactiva (321) y actúa de forma que como máximo se genera tanta potencia reactiva que todavía queda a disposición la potencia activa mínima de seguridad.

2. Instalación de energía eólica según la reivindicación 1, caracterizada porque el dispositivo de determinación 10 (35) presenta un módulo de reserva de velocidad de rotación (351).

3. Instalación de energía eólica según la reivindicación 2, caracterizada porque el dispositivo de determinación (35) presenta un módulo de aceleración de la rotación (352) y/o un módulo de ángulo de pala (353).

4. Instalación de energía eólica según las reivindicaciones 2 ó 3, caracterizada porque el dispositivo de determinación (35) presenta un módulo de amortiguación de oscilaciones por choque (356). 15

5. Instalación de energía eólica según la reivindicación 4, caracterizada porque la constante de tiempo del módulo de amortiguación de oscilaciones por choque (356) es menor de 1/8 de un amortiguador de oscilaciones para el funcionamiento normal.

6. Instalación de energía eólica según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque está previsto un módulo de sobrepasamiento de valores límites para al menos uno de los módulos. 20

7. Instalación de energía eólica según la reivindicación 6, caracterizada porque el módulo de sobrepasamiento de valores límites comprende un valor límite dinámico y un valor límite estático.

8. Instalación de energía eólica según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el módulo de control de la potencia reactiva (321) está realizado como regulador de estado.

9. Instalación de energía eólica según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el 25 dispositivo de determinación (35) presenta un observador de estado.

10. Procedimiento para el control del funcionamiento de una instalación de energía eólica en una red eléctrica con un generador, inyectándose una potencia reactiva o corriente reactiva en la red eléctrica en función de una disminución de la tensión en la red eléctrica, caracterizado por la determinación de una potencia activa mínima de seguridad necesaria para el funcionamiento posterior seguro y la limitación de la potencia reactiva a un valor tal que 30 todavía se genera al menos la potencia activa mínima de seguridad.