Convertidor de potencia para sistema generador de potencia doblemente alimentado,

que está protegido de una corriente excesiva que causaría un fallo de derivación a tierra o una perturbación en el sistema, y se garantiza la continuidad en el funcionamiento del convertidor de potencia. En un sistema de conversión de potencia, con el fin de que no fluya el exceso de corriente generado en los arrollamientos secundarios del generador doblemente alimentado, al interior del convertidor de potencia, se ha conectado un rectificador en paralelo al convertidor de potencia, a través de un elemento reactivo, se ha conectado un enlace de corriente continua del rectificador a un enlace de corriente continua del convertidor de potencia, el exceso de corriente que fluye desde los arrollamientos secundarios se hace fluir separadamente, según la relación de impedancias del elemento reactivo, a fin de reducir la cantidad de corriente que fluye al interior del convertidor de potencia, y se ajusta en un estado conectado o activado un elemento conmutador semiconductor de un brazo o rama de generación de exceso de corriente del convertidor de potencia.

Convertidor de potencia para sistema generador de potencia doblemente alimentado.

Antecedentes de la invención

La presente invención se refiere a un convertidor de potencia para la excitación de arrollamiento secundario, a fin de impedir que un exceso de corriente generado en arrollamientos secundarios de un generador doblemente alimentado, debido a una perturbación en un sistema de alimentación de potencia, fluya al interior del convertidor de potencia.

Un generador doblemente alimentado (generador de inducción de arrollamiento), en su uso en un sistema de generación de potencia, tiene las siguientes ventajas. Puede suministrarse como salida una tensión de corriente alterna (CA - "AC-alternate current") que tiene la misma frecuencia que una frecuencia del sistema, a un lado de estator, al hacer que un convertidor de potencia excite los arrollamientos del rotor a una frecuencia de deslizamiento, el número de rotaciones o vueltas puede hacerse variable, y la capacidad del convertidor de potencia puede ser reducida más que la del generador.

Cuando la tensión cae como consecuencia de un accidente de derivación a tierra del sistema de alimentación de potencia, el generador doblemente alimentado funciona suministrando una corriente al punto del accidente de derivación a tierra. En este caso, se induce una corriente excesiva en los arrollamientos secundarios y ésta fluye a un convertidor de potencia para excitación, conectado al lado secundario. Al objeto de resistir el exceso de corriente, se ajusta la capacidad de un elemento del convertidor de potencia en el mismo grado que la del régimen del generador o en un grado superior, o bien, como se describe en el documento JP-A-HEI-11-18486 (Párrafos [0010] a [0012]), el exceso de corriente es absorbido cortocircuitando los arrollamientos secundarios con un elemento de conmutación y una resistencia conectada al elemento de conmutación.

Con el método convencional de aumentar la capacidad del convertidor de potencia, sin embargo, el coste del sistema se incrementa, lo que va en detrimento de la característica del sistema de utilizar un generador doblemente alimentado. Con el método del documento JP-A-HEI-11-18486, después de que el convertidor de potencia se ha detenido una vez y se ha eliminado el exceso de corriente, se libera el cortocircuito con el fin de activar de nuevo el sistema. En consecuencia, lleva tiempo suministrar de nuevo potencia.

Sumario de la invención

Es un propósito de la presente invención proporcionar un convertidor de potencia para excitación, destinado a un generador doblemente alimentado, que sea capaz de proteger al convertidor de potencia para excitación del exceso de corriente que se generará por un accidente en el sistema o una perturbación en el sistema, y de iniciar el control de la potencia inmediatamente después del accidente en el sistema.

En un sistema de conversión de potencia de la presente invención, con el fin de que no fluya una corriente excesiva, generada en los arrollamientos secundarios de un generador doblemente alimentado, al interior de un convertidor de potencia, se ha conectado un rectificador en paralelo con el convertidor de potencia, a través de un elemento reactivo, se ha conectado un enlace de corriente continua (CC - "DC-direct current") del rectificador a un enlace de corriente continua del convertidor de potencia, el exceso de corriente que fluye desde los arrollamientos secundarios se hace fluir de forma independiente en una cierta relación de impedancias del elemento reactivo, a fin de reducir la cantidad de corriente que fluye al interior del convertidor de potencia, y se ajusta en un estado conectado o activado un elemento conmutador semiconductor de un brazo o rama de generación de corriente en exceso del convertidor de potencia.

De acuerdo con el sistema de conversión de potencia de la presente invención, el funcionamiento puede proseguir incluso durante la perturbación del sistema, sin detener el control del convertidor de potencia.

Otros objetos, características y ventajas de la invención se harán evidentes a partir de la siguiente descripción de las realizaciones de la invención, tomadas en combinación con los dibujos que se acompañan.

Breve descripción de los dibujos

La Figura 1 es un diagrama ilustrativo que muestra la estructura de circuitos un sistema de aerogenerador de potencia de acuerdo con una primera realización.

La Figura 2 es un diagrama ilustrativo que muestra un controlador del sistema de aerogenerador de potencia de la primera realización.

La Figura 3 es un diagrama ilustrativo que muestra un controlador de CHV de supresión de corriente en exceso, de la primera realización.

Descripción de la realización

En un sistema de conversión de potencia de la presente invención, un convertidor de potencia para excitación de un generador doblemente alimentado, está protegido de perturbaciones en el sistema. Con el fin de conseguir la continuidad en el funcionamiento, la impedancia reactiva de un dispositivo de tratamiento de la corriente en exceso (rectificador) se rebaja y se ajusta en un estado conectado o activado un elemento conmutador semiconductor de un brazo o rama de generación de corriente en exceso del convertidor de potencia.

La Figura 1 es un diagrama de líneas o conducciones que muestra la configuración de un sistema de acuerdo con una realización. Si bien se describirá la realización mediante el uso, a modo de ejemplo, de un generador de potencia de viento, o aerogenerador, la realización es aplicable a otros usos.

Se realizará a continuación una descripción de una instalación de cables eléctricos para suministrar como salida electricidad generada, y del sistema de la realización. Un generador de potencia de viento, o aerogenerador, es un generador doblemente alimentado, y una salida trifásica situada en el lado del rotor del generador Gen se conecta al lado secundario de, por ejemplo, un dispositivo de contacto magnético CTT1, susceptible de ser abierto y cerrado por una señal externa. El lado primario del dispositivo de contacto magnético CTT1 se conecta al lado primario de un dispositivo de contacto magnético CTT2 y al lado secundario de un disyuntor BR ("breaker"). El lado primario del disyuntor BR se conecta a un sistema de alimentación de potencia.

El disyuntor BR tiene, por ejemplo, una función de apertura del disyuntor ante un exceso de corriente, a fin de interrumpir o cortar la corriente. Cuando se activa el disyuntor BR, se suministra potencia a un controlador del sistema de aerogenerador. En esta realización, se proporciona un aparato de batería (no mostrado), tal como una fuente de suministro de potencia ininterrumpible, para suministrar potencia al controlador incluso durante un accidente del sistema.

El lado secundario del dispositivo de contacto magnético CTT2 está conectado a unos terminales de salida de corriente alterna de un convertidor de potencia CNV para su interconexión o conexión mutua a través de un condensador Cn y un elemento reactivo Ln. Los terminales de salida de corriente continua del convertidor de potencia CNV están conectados a unos terminales de salida de corriente continua de un inversor de potencia INV para excitación, a través de un condensador de suavización o descrestado de corriente continua, Cd.

El convertidor de potencia CNV y el inversor de potencia INV están, cada uno de ellos, constituidos por, por ejemplo, elementos conmutadores semiconductores de potencia (GTO, IGBT, MOSFET DE POTENCIA y similares), y tienen, respectivamente, las funciones de convertir corriente alterna en corriente continua y corriente continua en corriente alterna. Unos terminales de salida de corriente alterna del inversor de potencia INV están conectados a los terminales de los arrollamientos del lado secundario del generador Gen, a través de un elemento reactivo Lr y de un condensador Cr.

Existe un rectificador REC conectado en paralelo al convertidor de potencia para excitación y conectado a los terminales del lado de arrollamiento secundario del generador Gen a través de un elemento reactivo Lx. Un enlace de corriente continua del elemento reactivo REC está conectado a un enlace de corriente continua del convertidor de potencia, así como también a una carga de consumo de energía, LOD, constituida por un conmutador semiconductor y una resistencia. Un rotor del generador...

1. Un generador en el que un lado de estator de un generador doblemente alimentado está conectado a un sistema de alimentación de potencia y un convertidor de potencia de excitación está conectado a arrollamientos secundarios de dicho generador doblemente alimentado, a fin de ajustar la generación de una potencia que se ha de suministrar como salida desde dicho generador doblemente alimentado a dicho sistema de alimentación de potencia, en el cual:

dicho convertidor de potencia de excitación comprende un inversor de potencia (INV) conectado a los arrollamientos secundarios y un convertidor de potencia (CNV) conectado al sistema de alimentación de potencia, estando conectado a los arrollamientos secundarios de dicho generador doblemente alimentado, a través de una primera impedancia;

comprendiendo dicho inversor de potencia un elemento conmutador semiconductor del lado superior conectado a un terminal positivo y un elemento conmutador semiconductor del lado inferior conectado a un terminal negativo;

estando controlado dicho inversor de potencia de tal modo que el citado elemento conmutador semiconductor del lado superior y el elemento conmutador semiconductor del lado inferior repiten ser encendidos y apagados alternativamente;

un rectificador de diodos está conectado en paralelo a los segundos arrollamientos de dicho generador doblemente alimentado, a través de una segunda impedancia; y

un enlace de corriente continua de dicho rectificador de diodos está conectado en paralelo a un enlace de corriente continua de dicho convertidor de potencia de excitación; que además comprende:

medios (CTr) para detectar corriente de cada fase que circula desde dichos arrollamientos secundarios del generador doblemente alimentado al citado inversor de potencia (INV);

medios (CMP) para comparar una salida de dichos medios para detectar corriente y un valor predeterminado (OCL);

medios para determinar (STD) la polaridad de la corriente detectada por dichos medios para detectar corriente; y

un aparato de control destinado a conectar o activar dicho elemento conmutador semiconductor del lado superior de la correspondiente fase de un brazo o rama del inversor de potencia (INV) en el que se genera el exceso de corriente, mientras que la salida de dichos medios para detectar corriente es mayor que dicho valor predeterminado, y dicho resultado de medios para determinar es una polaridad de flujo de corriente desde dichos arrollamientos secundarios a dicho inversor de potencia,

de tal manera que el generador comprende un controlador destinado a suministrar como salida una instrucción u orden de activación a un elemento conmutador semiconductor de potencia de dicho convertidor de potencia de excitación, si un valor de corriente que fluye por el elemento conmutador semiconductor de potencia es un valor predeterminado o superior a él.

2. El generador de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual dichas primera y segunda impedancias son elementos reactivos.

3. El generador de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual un valor de dicha primera impedancia es mayor que un valor de dicha segunda impedancia.

4. El generador de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual una carga de consumo de energía está conectada al enlace de corriente continua de dicho rectificador de diodos.

5. El generador de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual dicho controlador está dotado de un controlador de supresión de exceso de corriente, que recibe dicho valor predeterminado y un valor de corriente que fluye al interior de dichos elementos conmutadores semiconductores de potencia, y suministra como salida la orden de activación.

6. El generador de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual:

dicho convertidor de potencia de excitación comprende un primer convertidor de potencia, cuyo lado de terminal de corriente alterna está conectado a dichos segundos arrollamientos a través de una primera impedancia, y cuyo lado de terminal de corriente continua está conectado a un condensador de suavización o descrestado, así como un segundo convertidor de potencia, cuyo lado de terminal de corriente continua está conectado a dicho condensador de suavización, y cuyo lado de terminal de corriente alterna está conectado al sistema de alimentación de potencia;

un rectificador de diodos está conectado en paralelo a los segundos arrollamientos de dicho generador doblemente alimentado, a través de una segunda impedancia; y

un enlace de corriente continua de dicho rectificador de diodos está conectado en paralelo a un enlace de corriente continua de dicho convertidor de potencia de excitación,

de tal manera que el generador comprende un controlador destinado a suministrar como salida una instrucción u orden de activación a un elemento conmutador semiconductor de potencia de dicho convertidor de potencia de excitación, si un valor de corriente que fluye por el elemento conmutador semiconductor de potencia es un valor predeterminado o superior a él.

7. El generador de acuerdo con la reivindicación 6, en el cual dichas primera y segunda impedancias son elementos reactivos.

8. El generador de acuerdo con la reivindicación 6, en el cual un valor de dicha primera impedancia es mayor que un valor de dicha segunda impedancia.

9. El generador de acuerdo con la reivindicación 6, en el cual una carga de consumo de energía está conectada al enlace de corriente continua de dicho rectificador de diodos.

10. El generador de acuerdo con la reivindicación 6, en el cual dicho controlador está dotado de un controlador de supresión de exceso de corriente, que recibe dicho valor predeterminado y un valor de corriente que fluye al interior de dichos elementos conmutadores semiconductores de potencia, y suministra como salida la orden de activación.

11. El generador de acuerdo con la reivindicación 6, en el cual, con el fin de fiar el potencial en la fase con exceso de corriente, en el potencial de supresión del exceso de corriente, se conecta o activa un elemento semiconductor de una rama en la que se genera el exceso de corriente, durante la generación del exceso de corriente.

12. El generador de acuerdo con la reivindicación 6, en el cual:

dicho convertidor de potencia de excitación es hecho girar por un molino de viento;

dicho convertidor de potencia de excitación comprende un primer convertidor de potencia, cuyo lado de terminal de corriente alterna está conectado a dichos segundos arrollamientos a través de una primera impedancia, y cuyo lado de terminal de corriente continua está conectado a un condensador de suavización o descrestado, así como un segundo convertidor de potencia, cuyo lado de terminal de corriente continua está conectado a dicho condensador de suavización, y cuyo lado de terminal de corriente alterna está conectado al sistema de alimentación de potencia;

un rectificador de diodos está conectado en paralelo a los segundos arrollamientos de dicho generador doblemente alimentado, a través de una segunda impedancia; y

un enlace de corriente continua de dicho rectificador de diodos está conectado en paralelo a un enlace de corriente continua de dicho convertidor de potencia de excitación,

de tal manera que el generador comprende un controlador destinado a suministrar como salida una instrucción u orden de activación a un IGBT de dicho convertidor de potencia de excitación, si un valor de corriente que fluye por el IGBT es un valor predeterminado o superior a él.