Disposición de circuito para su uso en un sistema de turbina eólica de velocidad variable que comprende un generador de inducción de doble alimentación y un convertidor reversible.
Disposición de circuito en un sistema de turbina eólica de velocidad variable conectado a la red de distribución,
que comprende
un generador de inducción de doble alimentación (G) conectado en el lado de estator a la red de distribución y en el lado de rotor a un convertidor reversible conectado para transferir energía entre el rotor del generador de inducción de doble alimentación (G) y la red de distribución, y
un conmutador de derivación controlado (OVP) que actúa directamente sobre los devanados de rotor, caracterizada por comprender además medios (S2) para desconectar al menos un terminal conectado normalmente a la red de distribución del convertidor reversible de la red de distribución y medios (S1) para conectar una impedancia para permitir la transferencia de potencia controlada desde el circuito de CC intermedio hasta dicha impedancia, realizándose dicho control mediante uno o más elementos de conmutación de potencia del convertidor conectado normalmente a la red de distribución (GC), que se ha desconectado de la red de distribución.
Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/DK2002/000729.
Solicitante: VESTAS WIND SYSTEMS A/S.
Nacionalidad solicitante: Dinamarca.
Dirección: Hedeager 44 8200 Aarhus N DINAMARCA.
Inventor/es: NIELSEN,JOHN GODSK.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- F03D9/00 MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA. › F03 MAQUINAS O MOTORES DE LIQUIDOS; MOTORES DE VIENTO, DE RESORTES, O DE PESOS; PRODUCCION DE ENERGIA MECANICA O DE EMPUJE PROPULSIVO O POR REACCION, NO PREVISTA EN OTRO LUGAR. › F03D MOTORES DE VIENTO. › Adaptaciones de los motores de viento para usos especiales; Combinaciones de motores de viento con los aparatos que accionan; Motores de viento especialmente adaptados para su instalación en lugares particulares (sistemas híbridos de energía eólica-fotovoltaica para la generación de energía eléctrica H02S 10/12).
- H02P9/00 ELECTRICIDAD. › H02 PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA ELECTRICA. › H02P CONTROL O REGULACION DE MOTORES ELÉCTRICOS, GENERADORES ELECTRICOS O CONVERTIDORES DINAMOELECTRICOS; CONTROL DE TRANSFORMADORES, REACTANCIAS O BOBINAS DE CHOQUE. › Disposiciones para el control de generadores eléctricos con el propósito de obtener las características deseadas en la salida.
- H02P9/42 H02P […] › H02P 9/00 Disposiciones para el control de generadores eléctricos con el propósito de obtener las características deseadas en la salida. › para obtener la frecuencia deseada sin hacer variar la velocidad del generador.
PDF original: ES-2392683_T3.pdf
Fragmento de la descripción:
Disposición de circuito para su uso en un sistema de turbina eólica de velocidad variable que comprende un generador de inducción de doble alimentación y un convertidor reversible.
Campo de la invención
La presente invención se refiere a una disposición de circuito para su uso en un sistema de turbina eólica de velocidad variable que comprende un generador de inducción de doble alimentación y un convertidor reversible del tipo expuesto en el preámbulo de la reivindicación 1, a un método para controlar una disposición de circuito de este tipo, y a un sistema de control para una turbina eólica que comprende una disposición de circuito de este tipo.
Técnica anterior
En sistemas de turbina eólica con velocidad de rotación variable, se conoce usar un convertidor reversible para transferir energía eléctrica entre el rotor del generador de inducción de doble alimentación y la red de distribución. El convertidor reversible comprende un convertidor conectado al rotor (a continuación, convertidor de rotor) , un circuito de CC intermedio (a continuación, enlace de CC) y un convertidor conectado a la red de distribución (a continuación, convertidor de red de distribución) . El convertidor reversible puede controlarse de tal manera que los devanados de estator del generador pueden conectarse directamente a la red de distribución debido al hecho de que se controlan las corrientes en los devanados de rotor de tal manera que la frecuencia de los devanados de estator corresponden a la frecuencia de la red de distribución. Además, se controla la corriente en los devanados de rotor de tal manera que pueden obtenerse los valores deseados de potencia activa y reactiva entregada por el generador. Tales sistemas de turbina eólica se conocen, por ejemplo, a partir del documento US-5.083.039.
En relación con las caídas de tensión en la red de distribución, se desmagnetiza el generador, y se remagnetiza el generador cuando vuelve la tensión. Durante la remagnetización, el generador consume una gran cantidad de potencia reactiva. Durante la desmagnetización y la remagnetización, el generador sobrecargará el convertidor reversible proporcionando un aumento incontrolado en la tensión en el circuito de CC. Debido al hecho de que la tensión en la red de distribución es baja, el convertidor de red de distribución no puede entregar potencia activa a la red de distribución.
El procedimiento normal durante las caídas de tensión en la red de distribución ha sido desconectar el generador de la red de distribución y cortocircuitar los devanados de rotor del generador usando un puente rectificador controlado conectado a través de los devanados de rotor. La reconexión de la turbina eólica después del restablecimiento de la tensión de red de distribución se realizaría normalmente sin que la turbina eólica tome parte activa en el restablecimiento de la tensión de red de distribución.
El documento WO 01/91279 A da a conocer un sistema de turbina eólica de velocidad variable conectado a la red de distribución y un método para controlar un sistema de turbina eólica de velocidad variable, comprendiendo el sistema un generador de doble alimentación conectado en el lado de estator a la red de distribución y en el lado de rotor a un convertidor reversible conectado para transferir energía entre el rotor del generador de inducción de doble alimentación y la red de distribución, y un conmutador de derivación controlado que actúa directamente sobre los devanados de rotor.
Descripción de la invención
Es el objeto de la presente invención proporcionar una disposición de circuito para su uso en un sistema de turbina eólica de velocidad variable que comprende un generador de inducción de doble alimentación y un convertidor reversible conectado para transferir energía entre el rotor del generador de inducción de doble alimentación y la red de distribución, con lo que es posible mantener los devanados de estator del generador conectados a la red de distribución durante las averías de la red de distribución, tales como baja tensión de red de distribución o cortocircuitos en la red de distribución, y este objeto se consigue con una disposición de circuito de dicho tipo, que según la presente invención comprende también las características expuestas en la parte caracterizadora de la reivindicación 1. Este objeto se consigue también mediante un método para controlar un sistema de turbina eólica de velocidad variable conectado a la red de distribución que comprende las características de la parte caracterizadora de la reivindicación 11. Con esta disposición, el generador de turbina eólica puede tomar parte de manera activa en el restablecimiento de la tensión de red de distribución y el generador puede contribuir a la corriente de cortocircuito durante condiciones de avería. Además, es posible controlar la contribución de potencia activa y reactiva del generador durante condiciones de avería y el restablecimiento de la tensión de red de distribución. Durante las condiciones de avería, el control de las corrientes del rotor proporciona la posibilidad de reducir las oscilaciones de velocidad y evitar condiciones de exceso de velocidad para la turbina eólica, debido al hecho de que la potencia activa de la turbina eólica puede disiparse en las impedancias durante condiciones de baja tensión de red de distribución. Durante una recuperación rápida de la tensión de red de distribución, los conmutadores controlados en el convertidor de rotor pueden apagarse temporalmente. De ese modo, los diodos de rueda libre transfieren potencia al enlace de CC, cuando las tensiones de rotor son superiores a la tensión de enlace de CC.
Esto proporciona un restablecimiento continuo y rápido de la producción de potencia y conduce a bajos esfuerzos sobre la turbina eólica y la red de distribución.
Para reducir la disipación de potencia durante el funcionamiento normal, los medios de acoplamiento para conectar la resistencia y desconectar el elemento de conmutación de potencia de la red de distribución comprenden contactores, pero en tales casos en los que las conexiones y desconexiones tienen que hacerse de una manera rápida, los medios de acoplamiento pueden comprender conmutadores electrónicos de potencia, que introducirán sin embargo pérdidas adicionales durante el funcionamiento normal.
Breve descripción de los dibujos
En la siguiente parte detallada de la presente descripción, se explicará la invención en más detalle con referencia a las realizaciones a modo de ejemplo de una disposición de circuito según la invención mostrada en los dibujos, en los que
la figura 1 muestra una disposición de circuito según la presente invención,
la figura 2 muestra una disposición de circuito alternativa según la presente invención,
la figura 3 muestra una posibilidad de conexión diferente para las impedancias para disipar la potencia transferida desde el enlace de CC, y
la figura 4 muestra un diagrama esquemático más completo del sistema de control para una turbina eólica en la que se implementa la disposición de circuito según la presente invención.
Descripción de las realizaciones preferidas
La disposición de circuito mostrada en la figura 1 comprende un generador de inducción de doble alimentación G. Los devanados de estator del generador de inducción de doble alimentación G se conectan directamente a la red de distribución, tal como se indica mediante la conexión de transformador T. Es posible naturalmente, si no incluso necesario, tener dispositivos de protección apropiados en la conexión entre el estator del generador de inducción de doble alimentación G y la red de distribución, pero en relación con la presente invención y la siguiente descripción de la misma, tales dispositivos de protección son de menor importancia.
Los devanados de rotor del generador de inducción de doble alimentación G se conectan a un convertidor reversible que comprende un convertidor de rotor RC, un enlace de CC y un convertidor de red de distribución GC, conectándose dicho convertidor de red de distribución GC a la red de distribución, tal como se indica mediante la conexión de transformador T.
Tal como se conoce bien dentro de esta técnica, cada uno de los convertidores comprende seis elementos de conmutación de potencia conectados en una configuración de puente y conectados al enlace de CC para proporcionar la posibilidad... [Seguir leyendo]
Reivindicaciones:
1. Disposición de circuito en un sistema de turbina eólica de velocidad variable conectado a la red de distribución, que comprende
un generador de inducción de doble alimentación (G) conectado en el lado de estator a la red de distribución y en el lado de rotor a un convertidor reversible conectado para transferir energía entre el rotor del generador de inducción de doble alimentación (G) y la red de distribución, y
un conmutador de derivación controlado (OVP) que actúa directamente sobre los devanados de rotor, caracterizada por comprender además
medios (S2) para desconectar al menos un terminal conectado normalmente a la red de distribución del convertidor reversible de la red de distribución y medios (S1) para conectar una impedancia para permitir la transferencia de potencia controlada desde el circuito de CC intermedio hasta dicha impedancia, realizándose dicho control mediante uno o más elementos de conmutación de potencia del convertidor conectado normalmente a la red de distribución (GC) , que se ha desconectado de la red de distribución.
2. Disposición de circuito según la reivindicación 1, caracterizada porque dichos medios de acoplamiento (S1, S2) comprenden contactores.
3. Disposición de circuito según la reivindicación 1, caracterizada porque dichos medios de acoplamiento (S1, S2) comprenden conmutadores electrónicos de potencia.
4. Disposición de circuito según cualquiera de las reivindicaciones 1-3, caracterizada porque comprende una impedancia para cada fase en el convertidor reversible, conectándose cada impedancia al/a los elemento (s) de conmutación de potencia separados en el convertidor reversible.
5. Disposición de circuito según la reivindicación 4, caracterizada porque dichas impedancias se conectan en una configuración delta.
6. Disposición de circuito según la reivindicación 4, caracterizada porque dichas impedancias se conectan en una configuración de estrella.
7. Disposición de circuito según la reivindicación 6, caracterizada porque el punto medio de dicha configuración de estrella se conecta a un punto medio de la tensión CC intermedia.
8. Disposición de circuito según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque dicho conmutador de derivación controlado (OVP) comprende un puente rectificador controlado.
9. Disposición de circuito según la reivindicación 8, caracterizada porque dicho conmutador de derivación controlado (OVP) comprende además un cortocircuito conectado a través del puente rectificador controlado.
10. Disposición de circuito según la reivindicación 8, caracterizada porque dicho conmutador de derivación controlado (OVP) comprende además al menos una impedancia conectada a través del puente rectificador controlado.
11. Método para controlar un sistema de turbina eólica de velocidad variable conectado a la red de distribución, que comprende
un generador de inducción de doble alimentación (G) y un convertidor reversible (RC, GC) conectado para transferir energía entre el rotor del generador de inducción de doble alimentación y la red de distribución, y
un conmutador de derivación controlado (OVP) que actúa directamente sobre los devanados de rotor, caracterizado porque comprende las etapas secuenciales de
a) detectar averías de la red de distribución tales como cortocircuitos o tensiones de red de distribución bajas,
b) en el caso de una sobretensión de CC, deshabilitar los conmutadores activos en el convertidor de rotor (RC) y activar el conmutador de derivación controlado (OVP) para cortocircuitar el rotor del generador de inducción de doble alimentación (G) ,
c) desconectar al menos un terminal de la parte conectada normalmente a la red de distribución del convertidor reversible (GC) de la red de distribución y conectar al menos una resistencia para proporcionar una transferencia de potencia controlada desde el circuito de CC intermedio del convertidor reversible (RC, GC) hasta dicha resistencia,
d) deshabilitar el conmutador de derivación controlado (OVP) , e) controlar la corriente de rotor (i) por medio del convertidor de rotor (RC) , disipando la potencia transferida al circuito de CC intermedio en la resistencia, controlándose dicha disipación de potencia controlada por medio de al menos un elemento de conmutación de potencia en la parte conectada normalmente a la red de distribución del convertidor reversible (GC) ,
f) detectar el retorno de la tensión/separación de red de distribución de las averías de la red de distribución,
g) controlar la tensión de enlace de CC por medio de la parte conectada al rotor del convertidor reversible (RC) ,
h) desconectar la resistencia y reconectar la parte conectada normalmente a la red de distribución del convertidor reversible (GC) a la red de distribución, y
i) reanudar el funcionamiento normal.
12. Método según la reivindicación 11, caracterizado porque la etapa e) comprende además
e1) si se detecta que la tensión de red de distribución (Ug) es próxima a cero, cortocircuitar el rotor por medio del convertidor de rotor (RC) .
13. Método según la reivindicación 11 ó 12, caracterizado porque la etapa e) comprende además
e2) realizar la conmutación en el convertidor reversible (RC, GC) para aumentar la corriente reactiva del generador sólo cuando la tensión CC intermedia es próxima a la tensión normal (nominal) .
14. Método según cualquiera de las reivindicaciones 11-13, caracterizado porque la etapa e) comprende además
e3) controlar el convertidor de rotor (RC) para aumentar la contribución de cortocircuito reactiva (capacitiva) de la turbina eólica.
15. Método según cualquiera de las reivindicaciones 11-14, caracterizado porque la etapa e) comprende además
e4) controlar la tensión de CC ajustando la referencia de potencia activa a positiva, cuando la velocidad del generador (G) está por encima de la velocidad síncrona, y a negativa, cuando dicha velocidad está por debajo de la velocidad síncrona.
16. Método según cualquiera de las reivindicaciones 11-15, caracterizado porque la etapa e) comprende además
e5) ajustar la referencia de potencia de tal manera que amortigua las oscilaciones de velocidad y evita condiciones de exceso de velocidad.
17. Método según cualquiera de las reivindicaciones 11-16, caracterizado porque la etapa e) comprende además
e6) controlar el paso ( ) de la turbina eólica de tal manera que se obtiene una velocidad controlada a un nivel alto, por encima de la velocidad síncrona, haciendo posible entregar potencia activa a la red de distribución y mantener una tensión de enlace de CC estable.
18. Método según la reivindicación 17, caracterizado porque la etapa g) comprende además
g1) usar la energía cinética almacenada para aumentar la producción de potencia rápidamente después de que se haya restaurado la red de distribución.
19. Sistema de control para una turbina eólica que comprende una disposición de circuito según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho sistema de control comprende una unidad de medición y control conectada a la red (1) para detectar averías de la red de distribución e iniciar la desconexión del convertidor de red de distribución conectado normalmente a la red de distribución (GC) y conectar una impedancia para permitir la transferencia de potencia controlada desde el circuito de CC intermedio hasta la impedancia e iniciar el control correspondiente apropiado del elemento de conmutación de potencia del convertidor de red de distribución conectado normalmente a la red de distribución (GC) .
20. Sistema de control según la reivindicación 19, caracterizado porque la unidad de medición y control conectada a la red de distribución (1) está adaptada para medir tensiones (Ug) en la red de distribución y corrientes (Ig) entregadas a la red de distribución del sistema de turbina eólica.
21. Sistema de control según la reivindicación 19 ó 20, caracterizado porque la unidad de medición y control conectada a la red de distribución (1) se conecta además para controlar la activación y desactivación de un
circuito de protección de sobretensión (OVP) .
22. Sistema de control según cualquiera de las reivindicaciones 19-21, caracterizado porque la unidad de medición y control conectada a la red de distribución (1) se conecta además para controlar un controlador de potencia y velocidad (2) , para proporcionar las tensiones (Ug) , corrientes (Ig) , potencia activa (P) y
potencia reactiva (Q) deseadas durante condiciones normales así como de avería.
23. Sistema de control según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 19-22, caracterizado porque la unidad de medición y control conectada a la red de distribución (1) se conecta además para controlar el estado para un controlador de convertidor de rotor (3) que controla el convertidor de rotor (RC) por medio de un circuito de excitación de convertidor de rotor (4) .
24. Sistema de control según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 19-23, caracterizado porque la unidad de medición y control conectada a la red de distribución (1) se conecta además para controlar el estado para un controlador de convertidor de red de distribución (5) que controla el convertidor de red de distribución (GC) por medio de un circuito de excitación de convertidor de red de distribución (6) .
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