MÉTODO Y APARATO PARA COMPARTIR UNA CARGA DINÁMICA.

La presente invención se refiere en general a generadores polifásicos y, más específicamente, a generadores modulares que comprenden múltiples generadores trifásicos con devanados entrelazados. La invención se refiere además a un controlador adecuado para tales generadores. Antecedentes de la invención Los generadores de energía eléctrica son dispositivos que convierten energía mecánica en energía eléctrica. En un generador de CA, el rotor se acciona mediante, por ejemplo, una turbina y las corrientes eléctricas son inducidas en los devanados del estátor del generador. Normalmente, un generador de CA es de tipo síncrono o de tipo asíncrono. Durante mucho tiempo, los generadores síncronos se han utilizado en sistemas de generación de energía de diferentes tipos. Los generadores síncronos se utilizan, por ejemplo, tanto en grandes sistemas de generación de energía, tales como plantas de energía nuclear, como en pequeños sistemas aislados, tales como plantas de energía eólica. A diferencia del generador asíncrono (o generador de inducción), el cual utiliza inducción para proporcionar un flujo magnético, el generador síncrono utiliza un imán permanente (PM) o magnetización eléctrica para producir su flujo de magnetización. A este respecto, la utilización de generadores de imán permanente ha tenido una mayor aceptación en los últimos años, debido principalmente a la necesidad de componentes de excitación económicos y fiables. La aplicación de nuevos materiales magnéticos permanentes ha dado como resultado generadores de alta eficacia que son superiores a otros tipos de generadores en muchos aspectos. Un generador síncrono comprende normalmente tres fases, pero recientemente se han llevado a cabo muchas investigaciones relacionadas con los generadores polifásicos, muchas de ellas orientadas a generadores de seis fases. El interés en los generadores polifásicos radica principalmente en que, con muchas fases, las corrientes elevadas asociadas con generadores de alta potencia pueden dividirse entre más fases. Otras ventajas de los generadores de múltiples fases en comparación con los generadores trifásicos son, por ejemplo, menores niveles de ruido al mismo nivel de potencia, una menor distorsión armónica y una menor EMI. Los generadores con devanados de seis o más fases se encuentran principalmente en aplicaciones de conversión de energía de turbinas eólicas a toda potencia en las que es deseable una compartición de carga y una distribución de potencia de salida entre los módulos convertidores, así como una escalabilidad de potencia de salida en situaciones de viento fuerte y viento flojo. Un enfoque en la implementación de un generador polifásico, tal como un generador de seis fases, es utilizar un generador modular, es decir, un generador compuesto por múltiples generadores trifásicos con devanados entrelazados, tal y como se ilustra en la figura 1a con un generador PM de 8 polos y seis fases. Las ventajas del generador modular con una configuración de devanados entrelazados incluyen: (1) la fuerza mecánica está siempre equilibrada con respecto al árbol del generador, y el esfuerzo mecánico se distribuye de manera uniforme por toda la estructura del generador independientemente del nivel de potencia de salida de los sistemas trifásicos individuales; (2) idéntica reluctancia en los entrehierros de cada sistema trifásico, lo que facilita la identificación y la medición de los parámetros del generador en un conjunto de sistema trifásico para fines de control; (3) un fallo en cualquier subsistema no requiere que se apague todo el sistema de generación de energía. Por lo tanto, se mejora la fiabilidad y la disponibilidad de la potencia suministrada. En comparación con el funcionamiento de un único generador trifásico, cuando se hace funcionar un generador modular que comprende, por ejemplo, dos o más devanados entrelazados trifásicos, es importante tener en cuenta la compartición de potencia o de carga dinámica de los diferentes sistemas trifásicos. Más específicamente, para el generador PM modular compuesto por múltiples generadores trifásicos con devanados entrelazados, un control convencional orientado a campos de realimentación de corriente no es suficiente debido al gran acoplamiento magnético entre cada sistema trifásico. La manera habitual de diseñar un generador modular de seis fases es disponer dos devanados conectados en estrella con un desfase de 30 grados eléctricos entre las dos estrellas. Mediante esta disposición, el undécimo y el décimo tercer armónico se reducirán, reduciendo de ese modo el esfuerzo en el sistema de generador. Otra manera es dividir la banda de fase de una máquina trifásica convencional en dos partes con una separación de fase espacial de 30 grados eléctricos. Otra manera adicional es utilizar una máquina con devanados conectados en estrella y colocar un transformador de estrella-triángulo en la salida de un generador con el fin de obtener un desfase de 30 grados eléctricos entre los dos generadores. Sin embargo, el primer diseño descrito es la disposición más común en la actualidad. El documento US6008616 describe un aparato para un motor de inducción de cambio de polos y un método de control para ese motor. El motor de cambio de polos se modifica eléctricamente entre un número n de polos y un 2 E08165287 24-10-2011   número 2n de los polos (n = 2, 4, ...) para garantizar un par de salida del motor de inducción de cambio de polos en un modo de accionamiento constante con una alta velocidad de rotación del motor de inducción sin aumentar las dimensiones del motor de inducción o de un inversor asociado con el motor de inducción de cambio de polos y sin que se produzca una variación en el par. La publicación Six phase synchronous machine with AC and DC stator connections, IEEE 1983, llega a la conclusión de que para la mayoría de estados de funcionamiento, un ángulo de desplazamiento de 30º grados entre las fases parece ser óptimo con respecto a una distorsión armónica de tensión y una pulsación del par. El documento US2003085627 describe un motor eléctrico polifásico con una inyección de corriente de tercer armónico. Un par significativamente aumentado se proporciona mediante una disposición de motor que presenta un estátor con un núcleo y al menos dos devanados trifásicos enrollados al núcleo. Los dos devanados están separados espacialmente en 30 grados eléctricos. Se proporciona potencia a los dos devanados mediante dos inversores que suministran cada uno potencia a la misma frecuencia fundamental y con una componente en el tercer armónico de la fundamental, donde la potencia proporcionada por un inversor está desplazada en el tiempo en 30º de la frecuencia fundamental con respecto a la potencia proporcionada por el otro inversor. La componente adicional de tercer armónico reduce la densidad de flujo máxima eficaz, permitiendo un aumento en la componente fundamental del flujo para permitir un aumento en el par eficaz, donde la componente de tercer armónico también proporciona un par adicional. Sumario de la invención En vista de lo anterior, un objetivo de la invención es proporcionar un método para una compartición de potencia o de par dinámico de un sistema de generador modular que comprende múltiples sistemas trifásicos con devanados entrelazados. El modelo de generador modular en la estructura d-q de referencia de rotor puede obtenerse y utilizarse como la base para llevar a cabo el control de desacoplamiento de compartición de carga dinámica. La metodología de control de desacoplamiento se describe posteriormente con un generador de seis fases como un ejemplo de aplicación. El método es genérico y puede aplicarse a cualquier control de generador modular múltiple trifásico. La invención se define de manera precisa en la reivindicación de método 1 y en la reivindicación de dispositivo correspondiente 7. Las reivindicaciones dependientes describen realizaciones ventajosas de la invención. Un planificador de par/potencia minimiza la transición dinámica provocada por un acoplamiento magnético cruzado entre los sistemas trifásicos. En el planificador de par/potencia, el cambio en la pendiente de la señal de referencia del par o de la potencia está limitado. En el planificador de par/potencia se evita un cambio simultáneo de las señales de referencia de par/potencia de dos conjuntos cualesquiera de los sistemas trifásicos para controlar el desacoplamiento dinámico. Es decir, según la invención, es posible utilizar el planificador de par/potencia para mitigar la transición dinámica provocada por el acoplamiento cruzado entre los sistemas trifásicos limitando la pendiente de las señales de referencia del par o de la potencia y utilizando un retardo de tiempo fijo para evitar cambios simultáneos de las señales de referencia... [Seguir leyendo]

1.- Un método para proporcionar una compartición de carga entre un primer y un segundo sistema trifásico, estando conectados dichos primer y segundo sistema trifásico a un primer y un segundo devanado entrelazado trifásico en un generador (302), comprendiendo el método: determinar una primera señal de control de eje q para el primer sistema trifásico y una segunda señal de control de eje q para el segundo sistema trifásico en función de una demanda de par o de potencia para el generador, determinar una primera señal de control de eje d para el primer sistema trifásico (a1,b1,c1) y una segunda señal de control de eje d para el segundo sistema trifásico (a2,b2,c2) en función de un efecto de acoplamiento entre el primer y el segundo sistema trifásico, y ajustar las señales de control de eje q y las señales de control de eje d incluyendo al menos una señal de compensación de alimentación anticipada, donde dicha al menos una señal de compensación de alimentación anticipada está basada en un efecto de acoplamiento entre el primer y el segundo sistema trifásico, minimizándose de ese modo la saturación de circuito magnético debida a los efectos de acoplamiento. 2.- El método según la reivindicación 1, en el que la primera señal de control de eje q para el primer sistema trifásico y la segunda señal de control de eje q para el segundo sistema trifásico están basadas en un control de realimentación de par o de potencia de cada sistema trifásico individual del generador. 3.- El método según la reivindicación 1, que comprende: determinar una componente de flujo de desmagnetización del primer sistema trifásico y una componente de flujo de desmagnetización del segundo sistema trifásico, determinar la primera y la segunda señal de control de eje d en función de dicha componente de flujo de desmagnetización determinada del primer sistema trifásico y de dicha componente de flujo de desmagnetización del segundo sistema trifásico, y generar una primera y una segunda señal de referencia de corriente de eje d en función de dichas primera y segunda señales de control de eje d. 4.- El método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, que comprende: determinar al menos un parámetro de generador, determinar la primera y la segunda señal de control de eje d en función de dicho al menos un parámetro de generador, y generar una primera y una segunda señal de referencia de corriente de eje d en función de dichas primera y segunda señales de control de eje d. 5.- El método según cualquier reivindicación anterior, que comprende: determinar la señal de compensación de alimentación anticipada para el primer sistema trifásico en función de una señal de realimentación de tensión de estátor de eje d del segundo sistema trifásico y de una señal de realimentación de corriente de eje d del segundo sistema trifásico, y generar una señal de compensación de alimentación anticipada de tensión de estátor de eje d en función de dicha señal de compensación de alimentación anticipada . 6.- El método según cualquier reivindicación anterior, que comprende: determinar la señal de compensación de alimentación anticipada para el primer sistema trifásico en función de una señal de realimentación de tensión de estátor de eje q del segundo sistema trifásico y de una señal de realimentación de corriente de eje q del segundo sistema trifásico, y generar una señal de compensación de alimentación anticipada de tensión de estátor de eje q en función de dicha señal de compensación de alimentación anticipada. 7. Un sistema de generador, que comprende: un generador modular (302) que comprende un primer y un segundo devanado entrelazado trifásico de estátor, en el que el segundo devanado entrelazado (A2,B2,C2) está desplazado en un ángulo eléctrico (2_1) con respecto al primer devanado trifásico (A1,B1,C1), un primer y un segundo sistema trifásico conectados a dichos primer y segundo devanados entrelazados trifásicos, E08165287 24-10-2011   un bloque de controlador de par/potencia dispuesto para determinar una primera señal de control de eje q para el primer sistema trifásico y una segunda señal de control de eje q para el segundo sistema trifásico en función de una demanda de par y/o de potencia para el generador, un bloque de controlador de eje d dispuesto para determinar una primera señal de control de eje d para el primer sistema trifásico (a1,b1,c1) y una segunda señal de control de eje d para el segundo sistema trifásico (a2,b2,c2) en función de un efecto de acoplamiento entre el primer y el segundo sistema trifásico, y un bloque de compensación de alimentación anticipada dispuesto para ajustar las señales de control de eje q y las señales de control de eje d incluyendo al menos una señal de compensación de alimentación anticipada, donde dicha al menos una señal de compensación de alimentación anticipada está basada en un efecto de acoplamiento entre el primer y el segundo sistema trifásico, minimizándose de ese modo la saturación de circuito magnético debida a los efectos de acoplamiento y llevándose a cabo un control de desacoplamiento de compartición de carga dinámica. 8.- El sistema de generador según la reivindicación 7, en el que el bloque de controlador de par/potencia está dispuesto para determinar la primera señal de control de eje q para el primer sistema trifásico y la segunda señal de control de eje q para el segundo sistema trifásico en función de un control de realimentación de par o de potencia de cada sistema trifásico individual del generador. 9.- El sistema de generador según la reivindicación 7, que comprende: un bloque de debilitamiento de campo adaptado para determinar una componente de flujo de desmagnetización del primer sistema trifásico y una componente de flujo de desmagnetización del segundo sistema trifásico, un bloque de señal de referencia de corriente adaptado para determinar la primera y la segunda señal de control de eje d en función de dicha componente de flujo de desmagnetización determinada del primer sistema trifásico y de dicha componente de flujo de desmagnetización del segundo sistema trifásico, y generar una primera y una segunda señal de referencia de corriente de eje d en función de dichas primera y segunda señales de control de eje d. 10.- El sistema de generador según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, que comprende: un bloque de señal de referencia de corriente adaptado para determinar la primera y la segunda señal de control de eje d en función de dicho al menos un parámetro de generador, y generar una primera y una segunda señal de referencia de corriente de eje d en función de dichas primera y segunda señales de control de eje d. 11.- El sistema de generador según cualquiera de las reivindicaciones 7a 10, que comprende: un bloque de transformación adaptado para determinar la señal de compensación de alimentación anticipada para el primer sistema trifásico en función de una señal de realimentación de tensión de estátor de eje d del segundo sistema trifásico y de una señal de realimentación de corriente de eje d del segundo sistema trifásico, y generar una señal de compensación de alimentación anticipada de tensión de estátor de eje d en función de dicha señal de compensación de alimentación anticipada . 12.- El sistema de generador según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 11, que comprende: un bloque de transformación adaptado para determinar la señal de compensación de alimentación anticipada para el primer sistema trifásico en función de una señal de realimentación de tensión de estátor de eje q del segundo sistema trifásico y de una señal de realimentación de corriente de eje q del segundo sistema trifásico, y generar una señal de compensación de alimentación anticipada de tensión de estátor de eje q en función de dicha señal de compensación de alimentación anticipada. 13.- El sistema de generador según la reivindicación 7, que comprende un generador modular de seis fases que comprende: un primer devanado trifásico, un segundo devanado trifásico entrelazado con el primer devanado trifásico y desfasado en un ángulo eléctrico comprendido entre 70º y 110º con respecto al primer devanado trifásico. 14.- El sistema de generador según la reivindicación 7, que comprende un generador modular de nueve fases que comprende: un primer devanado trifásico, un segundo devanado trifásico entrelazado con el primer devanado trifásico y desfasado en un ángulo eléctrico comprendido entre 10º y 50º con respecto al primer devanado trifásico, 16 E08165287 24-10-2011   un tercer devanado trifásico entrelazado con el primer y el segundo devanado trifásico y desfasado en un ángulo eléctrico comprendido entre 40º y 80º o entre 70º y 110º con respecto al primer devanado trifásico. 17 E08165287 24-10-2011   18 E08165287 24-10-2011   19 E08165287 24-10-2011   E08165287 24-10-2011   21 E08165287 24-10-2011