Sistema para garantizar la continuidad de operación de aerogeneradores ante huecos de tensión,

que está interconectado en serie entre el aerogenerador (6) y la red eléctrica (7) y consta de un interruptor (1), un inversor para aerogenerador (2), un inversor para red (3), un disipador de energía (4) y un control de detección y mando (5); el control de detección y mando (5) está conectado con dichos interruptor (1), inversor para aerogenerador (2) inversor para red (3) y disipador de energía (4); el interruptor (1) está en serie entre el aerogenerador (6) y la red eléctrica (7); el inversor para aerogenerador (2) está conectado entre la entrada del interruptor (1) y el disipador de energía (4); y el inversor para red (3) está conectado entre la salida del interruptor (1) y el disipador de energía (4)

Sistema para garantizar la continuidad de operación de aerogeneradores ante huecos de tensión.

Campo de la invención

Esta invención concierne a un sistema que está destinado a adecuar los aerogeneradores para garantizar su continuidad de operación cuando se producen "huecos de tensión" de duración y cuantía determinadas.

En el glosario propio del ámbito del transporte de energía el concepto "hueco de tensión" se define como la reducción brusca de la tensión en una o varias fases y la posterior recuperación de la misma en cuestión de milisegundos.

Estado de la técnica anterior

Una red eléctrica tiene una pluralidad de suministradores que generan electricidad procedente de distintas tecnologías (centrales térmicas, centrales eléctricas, centrales hidráulicas,...). Al propio tiempo, existe una pluralidad de clientes consumidores que se conectan y desconectan a la red según sus necesidades, lo que se traduce, por ejemplo, en maniobras de arranque y parada de grandes motores, acoplamiento y desacoplamiento de transformadores, etc.; también pueden ocurrir caídas de rayos o cortocircuitos entre fases de las líneas o entre cualquier fase de las líneas y tierra además de otros fenómenos. En todo caso, el resultado es que se producen caídas momentáneas de la tensión en el sistema de red eléctrica transportadora, que afectan a la electrónica de los ordenadores domésticos y de los que controlan y gobiernan máquinas de producción y procesos productivos, ocasionando la interrupción de su funcionamiento.

En este ámbito han irrumpido de modo reciente los aparatos aerogeneradores que, debido a su gran coste y delicado diseño, gozan de una autoprotección extrema que, en caso de producirse un hueco de tensión, desencadena un proceso que acaba con la detención del aerogenerador. Este proceso consiste en que, al faltar tensión en la red de suministro a la que está conectado el aerogenerador, éste incrementa su velocidad de rotación porque la energía mecánica que recibe del viento a través de sus aspas no puede ser evacuada a una red que está sin tensión, y, como este incremento de velocidad puede resultar peligroso para el aerogenerador, éste se desconecta del sistema de red eléctrica; aún cuando en tales condiciones pudiera ser evacuada a la red algo de dicha energía mecánica, provocaría la desincronización de la máquina y por tanto sobre corrientes y cambios de par en la misma, razón adicional para que se produzca la desconexión del aerogenerador. En resumen, resulta que los aerogeneradores dedicados a generación que están conectados a las redes eléctricas tienen una respuesta ante un hueco de tensión de la red o interrupción en la que normalmente se desconectan automáticamente ante una bajada de tensión corta.

En el pasado, este asunto no repercutía de modo significativo en el funcionamiento de la red, ya que era pequeña la cantidad de aerogeneradores conectados a la misma. Ahora, que la potencia eólica conectada a la red es importante, el déficit de generación eólica la cual puede desconectarse ante un hueco de tensión, puede, poner en peligro la estabilidad del sistema de suministro, como ya ha ocurrido en algunas ocasiones. Aparte del propio problema intrínseco de los aerogeneradores por las paradas y arranques, la desconexión de una potencia eólica importante produce que los restantes suministradores conectados a esa red tengan que reequilibrar el sistema incrementado su aportación, a veces incluso por encima de sus posibilidades.

Como la tendencia es que esta manera de generación de energía sea cada vez más importante y no pueda prescindirse de ella, los operadores de las redes europeas han establecido unas condiciones de huecos de tensión mínimos que han de cumplir los parques y aerogeneradores eólicos sin desconectarse, para integrase en una red de suministro sin suponer un riesgo para la estabilidad operativa de la misma. En definitiva, cuando el crecimiento de la potencia eólica de generación instalada en una zona supera un valor respecto a la potencia de otras formas de generación, se plantea la necesidad de que los aerogeneradores se mantengan generando durante los huecos de tensión, siguiendo un patrón gráfico de coordenadas tiempo/profundidad (de hueco de tensión) para los valores establecidos por la nueva normativa, ya vigente.

Explicación de la invención y ventajas

Frente a este estado de cosas, esta invención propugna un sistema que en las redes de distribución de electricidad está destinado a garantizar la continuidad de operación de aerogeneradores ante huecos de tensión.

A tal fin el sistema según la invención está interconectado en entre el aerogenerador y la red eléctrica y consta de un interruptor, un inversor para aerogenerador, un inversor para red, un disipador de energía y un control de detección y mando; el control de detección y mando gobierna a dichos interruptor, inversor para aerogenerador-, inversor para red y disipador de energía. El interruptor está en serie entre el aerogenerador y la red eléctrica; el inversor para aerogenerador está conectado eléctricamente a la máquina del generador, el inversor para red está conectado eléctricamente a la red.

El inversor para aerogenerador, el disipador de energía y el inversor para red están interconectados energéticamente. Interconectados energéticamente, es que pueden intercambiar energía y potencia entre sí, es decir, el aerogenerador envía potencia al inversor para aerogenerador. Este inversor para aerogenerador, a su vez, la transmite al disipador de energía y al inversor para red.

De hecho, el aerogenerador, está convirtiendo la energía del viento en energía eléctrica. Si hay un hueco de tensión, y la red no puede absorber toda la energía que produce el aerogenerador, la parte que no pueda ser absorbida por la red eléctrica debido al hueco de tensión; parte hay que disiparla en las resistencias del disipador, y otra parte se envía a red a través del inversor para red. En el caso de que la red no pueda absorber nada de la energía, o no se quiera que la absorba (depende de la normativa), toda la energía que produce el aerogenerador, se disipará en las resistencias eléctricas del disipador de energía.

La salida del generador eléctrico es alterna y por ello, en funcionamiento normal, sin el dispositivo objeto de esta invención, va conectado a la red alterna. La red alterna es una red de tensión, es decir, que tiene una tensión constante dentro de ciertos límites, siempre que no ocurra un hueco de tensión. Cuando se da el hueco de tensión, por un cortocircuito o cualquier otro fallo en dicha red eléctrica, el dispositivo objeto de esta invención se encarga de emular a la tensión normal de la red eléctrica cuando dicha red es deficiente debida a un hueco. Para ello, proporciona una tensión constante y del mismo orden y fase de la que tenía la red previamente al hueco de tensión.

La red eléctrica normalmente es alterna de 50 o 60 hertzios y con tensiones variadas. Puede ser además monofásica o trifásica. La mayor parte de los aerogeneradores que se utilizan hoy en día son trifásicos, y se alimentan a través de un transformador trifásico que adapta la tensión de la línea muy elevada (de 20000 v) a una más manejable de 690 o 400 v que es la que se suministra al aerogenerador.

La parte de la invención llamada "inversor para aerogenerador" es un generador de tensión alterna que genera una tensión y fase igual a la que alimentaba al aerogenerador, antes de producirse el hueco o fallo de red. Toma la energía necesaria del aerogenerador y la que sobra la transmite al disipador o a lo que queda de la red, a través de lo que llamamos inversor para red.

El dispositivo inversor para red, es un inversor de corriente alterna, lo que significa que puede inyectar corriente alterna a lo que queda de la red durante un hueco o fallo de la misma. De modo que se puede regular la cantidad de reactiva o activa que se envía a dicha red. Este último dispositivo es de amplia utilización y no es objeto de esta patente (véase FACTS SVC, IGBT).

Sería prolijo explicar como funciona cada uno de estos dispositivos conocidos y comerciales aunque en síntesis son:

- Inversor de tensión: produce tensión alterna a partir de continua.

- Generador de activa-reactiva a IGBT: genera energía reactiva y/o activa hacia red a partir de una tensión continua (dichas energías pueden ser positivas o negativas).

- Disipador de energía: cualquier elemento que disipe energía.