Procedimiento para el funcionamiento o regulación de un aerogenerador y procedimiento para la facilitación de una potencia reguladora primaria con los aerogeneradores.

Procedimiento para el funcionamiento de al menos un aerogenerador con un rotor y un generador eléctricoacoplado con el rotor para el suministro de potencia eléctrica a una red de distribución de energía con la ayuda de undispositivo de regulación,

que garantiza el funcionamiento del aerogenerador en su rango de trabajo determinado porlos parámetros para el ángulo de pala, potencia activa de suministro y velocidad de rotación del rotor, en el que serealizan los pasos siguientes por el dispositivo de regulación:

a. Funcionamiento del aerogenerador en el rango de trabajo no estrangulado según la mejor curvacaracterística utilizable del aerogenerador, entendiéndose por no estrangulado según la mejor curvacaracterística utilizable la potencia activa de suministro máxima en las condiciones de vientocorrespondientes;

b. Detección de cambios de un parámetro de funcionamiento de la red de distribución de energía;

c. Modificación del funcionamiento del aerogenerador cuando se produce un cambio imprevisto del parámetrode funcionamiento de la red, de manera que el rango de trabajo no estrangulado se abandona por lareducción de la velocidad de rotación del rotor y en este caso se alimenta una potencia activa a la red dedistribución de energía que es mayor en una potencia en exceso que la potencia activa de suministro máximacorrespondiente a las condiciones de viento correspondientes, extrayéndose la potencia en exceso de laenergía cinética del rotor.

d. Retorno al funcionamiento en el rango no estrangulado según la mejor curva característica utilizable delaerogenerador por la elevación de la velocidad de rotación del rotor cuando ha finalizado la alimentación de lapotencia en exceso.

Procedimiento para el funcionamiento o regulación de un aerogenerador y procedimiento para la facilitación de una potencia de regulación primaria con los aerogeneradores.

La invención se refiere a un procedimiento para el funcionamiento de al menos un aerogenerador con un rotor, un generador eléctrico acoplado con el rotor para el suministro de potencia eléctrica a una red de distribución de energía con la ayuda de un dispositivo de regulación.

La invención se refiere además a un procedimiento para la facilitación de una potencia de regulación o potencia de regulación primaria para una red de generación y distribución de energía eléctrica, con la que están conectadas una pluralidad de centrales eléctricas, inclusive aerogeneradores, y consumidores.

La invención se refiere además a un procedimiento para la regulación de un aerogenerador que presenta al menos un tren de potencia, que comprende un rotor y un generador, y un dispositivo de regulación, presentando el aerogenerador una velocidad de rotación mínima condicionada por el tipo constructivo para la alimentación de la red.

Finalmente la invención se refiere también a aerogeneradores.

Cambios del suministro de potencia activa de un generador de energía, tal y como son habituales en aerogeneradores, conducen a cambios de la frecuencia de red en una red de distribución de energía, cuando no se garantiza por la regulación de otras centrales eléctricas, que a la red se le alimente tanta energía como se extrae también por los consumidores conectados. Debido al porcentaje creciente de aerogeneradores en la red de distribución de energía aumentan los costes de los operadores de redes por la regulación de las fluctuaciones de la potencia de alimentación provocadas por la energía eólica.

Se conoce un procedimiento para el funcionamiento de un aerogenerador con un generador eléctrico accionable por un rotor para el suministro de potencia eléctrica a una red eléctrica (DE 100 22 974 A1) . En este caso la potencia suministrada a la red por el generador se regula o ajusta en función de la frecuencia de la red eléctrica, regulándose hacia abajo la potencia suministrada con un aumento de la frecuencia de red. No obstante, en este caso no se trata de la facilitación de potencia de regulación y las medidas propuestas tampoco serían apropiadas para ello.

Del documento EP 0 569 556 B se conoce que en el caso de fluctuaciones de la velocidad del viento no deben coincidir la potencia suministrada y la potencia activa. La diferencia de potencia viene del cambio de la velocidad de rotación del rotor unido con un cambio de la energía cinética del rotor.

En el documento DE 197 56 777 A1 la red debe ser apoyada en el caso de fallos con la ayuda de un cambio de funcionamiento del aerogenerador. En este caso de este documento se clarifica de forma implícita que esto se debe hacer por un cambio del punto de funcionamiento, por ejemplo, por una modificación del ángulo de pala. Entonces se realiza una intervención dirigida para conseguir una potencia de suministro modificada, en particular aumentada.

En una dirección similar va el documento “Primärregelung mit Windkraftanlagen, (Regulación primaria con aerogeneradores) ” del Dr. Fred Prillwitz, Ing. Dipl. Axel Holst, Prof. Dr. Harald Weber; publicado por el Institut für Elektrische Energietechnik de la Universidad de Rostock. También aquí se hace funcionar el aerogenerador en un punto de funcionamiento que no extrae la potencia máxima de la energía eólica disponible. En el caso de una necesidad de potencia de la red de suministro de energía se modifica el punto de funcionamiento, modificándose el ángulo de pala, velocidad de rotación y suministro de potencia, para convertir la potencia del viento posible máxima en potencia eléctrica. Mediante una regulación especialmente dinámica, los aerogeneradores que trabajan conforme a este procedimiento pueden participar en la regulación primaria.

Durante el funcionamiento normal de una red sin aerogeneradores la regulación no presenta problemas ya que sólo cambia la carga o la potencia extraída. Pero en una red con centrales convencionales y con aerogeneradores se deben llevar a cabo los procesos de regulación necesarios. Es claramente diferente la situación cuando aparecen fallos imprevisibles en una red mixta con aerogeneradores, así por ejemplo, una caída de potencia o caída de tensión como consecuencia de un contacto a tierra o cortocircuito. Los aerogeneradores, tal y como se hacen funcionar hasta ahora, no pueden facilitar en este caso una potencia adicional tal y como pueden hacerlo las centrales convencionales, a fin de reducir de esta manera la necesidad de regulación primaria del operador de la red. No obstante, el aerogenerador se podría hacer funcionar de forma estrangulada, o sea con una potencia que se encuentra por debajo de aquella que podría extraer el aerogenerador cuando estuviese ajustado de forma óptima a las condiciones de viento presentes. Esto debería suceder en efecto teniendo siempre en cuenta las condiciones cambiantes de la red, localmente y transnacionalmente, así como las necesidades de los operadores de las redes, pero también conforme a las condiciones del viento que ahora no ahora son algo diferente a constantes y no se pueden prever de forma suficientemente exacta.

La potencia de regulación primaria, por ejemplo en el caso de un fallo en la red, se debe activar rápidamente para

poder contrarrestar la caída de frecuencia introducida por el fallo, antes de que la frecuencia haya caído a un valor crítico. Pero además de la activación rápida también se debe mantener una reserva de potencia suficiente. En las centrales térmicas el mantenimiento de la potencia de regulación primaria se realiza por estrangulamiento de las válvulas de entrada de las turbinas, garantizando el operador de la red que el estrangulamiento sólo está limitado temporalmente y que la potencia de regulación secundaria presente puede reemplazar a tiempo a la potencia de regulación primaria. Un estrangulamiento semejante no representa una pérdida considerado energéticamente, ya que se consume menos combustible que está disponible en un instante posterior.

En un aerogenerador también se podría poner a disposición una reserva de regulación mediante un “estrangulamiento” semejante del aerogenerador, de modo que el aerogenerador se hiciera funcionar con una potencia menor que lo permitido por las condiciones del viento. Pero esto significa al considerarlo energéticamente que la energía eólica disponible no se usa cuando esto fuese posible, es decir, el viento pasa durante este funcionamiento de forma inutilizada a lo largo del aerogenerador.

Este estrangulamiento de un aerogenerador es entonces una medida muy costosa ya que la parte no usada de la energía del viento no se acumula. En el caso de una turbina de gas se conserva por el contrario la energía primaria durante un funcionamiento de estrangulamiento y se puede utilizar en un instante posterior.

Las condiciones en tales sistemas de distribución de energía mixtos son realmente de modo que los aerogeneradores con sus sistemas alimentados por convertidores en el modo de trabajo convencional no contribuyen a la estabilidad de la red y la inercia de masas de la red. Aun cuando los aerogeneradores con convertidores se hiciesen funcionar en la red con una potencia constante, esto todavía provocaría el aumento de la necesidad de regulación precisa, lo que se debería compensar con centrales convencionales con su potencia de regulación primaria.

Mediante la presente invención una red se debe hacer funcionar con centrales convencionales y aerogeneradores o un aerogenerador, de modo que el aerogenerador pone a disposición la potencia de regulación primara y en particular el aerogenerador se debe utilizar para la facilitación de la potencia de regulación.

Esto se consigue mediante las características indicadas en la parte caracterizadora de las reivindicaciones.

Un procedimiento para el funcionamiento de al menos un aerogenerador según la invención se refiere a un aerogenerador con al menos un rotor con palas de rotor, un generador que alimenta a una red de distribución de energía y un dispositivo de regulación que regula la alimentación de potencia según las condiciones de funcionamiento, y está caracterizado porque el dispositivo de regulación aumenta de forma apreciable el suministro de potencia a la red durante... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para el funcionamiento de al menos un aerogenerador con un rotor y un generador eléctrico acoplado con el rotor para el suministro de potencia eléctrica a una red de distribución de energía con la ayuda de un dispositivo de regulación, que garantiza el funcionamiento del aerogenerador en su rango de trabajo determinado por

los parámetros para el ángulo de pala, potencia activa de suministro y velocidad de rotación del rotor, en el que se realizan los pasos siguientes por el dispositivo de regulación:

a. Funcionamiento del aerogenerador en el rango de trabajo no estrangulado según la mejor curva característica utilizable del aerogenerador, entendiéndose por no estrangulado según la mejor curva característica utilizable la potencia activa de suministro máxima en las condiciones de viento

correspondientes;

b. Detección de cambios de un parámetro de funcionamiento de la red de distribución de energía;

c. Modificación del funcionamiento del aerogenerador cuando se produce un cambio imprevisto del parámetro de funcionamiento de la red, de manera que el rango de trabajo no estrangulado se abandona por la reducción de la velocidad de rotación del rotor y en este caso se alimenta una potencia activa a la red de

distribución de energía que es mayor en una potencia en exceso que la potencia activa de suministro máxima correspondiente a las condiciones de viento correspondientes, extrayéndose la potencia en exceso de la energía cinética del rotor.

d. Retorno al funcionamiento en el rango no estrangulado según la mejor curva característica utilizable del

aerogenerador por la elevación de la velocidad de rotación del rotor cuando ha finalizado la alimentación de la 20 potencia en exceso.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque se determina una velocidad de rotación mínima y el suministro de la potencia en exceso se finaliza automáticamente al alcanzar la velocidad de rotación mínima.

3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque el funcionamiento del aerogenerador se modifica debido a una señal de valor límite o de fallo y porque la señal de valor límite o de fallo se genera localmente en el 25 aerogenerador o a distancia de éste en la red de distribución de energía.

4. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque una pluralidad de aerogeneradores se controlan a través de una pluralidad de señales diferentes, pudiéndose generar estas señales por un control de red central.

5. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque como parámetros de 30 funcionamiento de la red se utilizan la frecuencia de red y/o la tensión de red y/o su velocidad de cambio .

6. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones 3 a 5, caracterizado porque la señal de fallo se genera con una caída de frecuencia en el intervalo por debajo de 0, 2 Hz y/o con un decrecimiento superior a aproximadamente 0, 05 Hz en 1 s.

7. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la potencia en exceso se 35 alimenta durante un intervalo de tiempo predeterminado de aproximadamente 0, 05 a 60 s, preferentemente durante algunos segundos.

8. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones 3 a 7, caracterizado porque las señales se entregan continuamente en los aerogeneradores en base a mediciones y/o estadísticas y/o datos empíricos.

9. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la alimentación de la 40 potencia en exceso se realiza durante un tiempo predeterminado o hasta la reducción a una velocidad de rotación determinada.

10. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque el dispositivo de regulación predetermina una cantidad de energía de regulación a tener preparada que se debe alimentar mediante la potencia en exceso.

45 11. Procedimiento para el funcionamiento de una pluralidad de aerogeneradores, caracterizado porque los aerogeneradores individuales se hacen funcionar según una de las reivindicaciones 1 a 8.

12. Procedimiento según la reivindicación 11, caracterizado porque al superar un valor límite predeterminado se entregan señales de valor límite o de fallo correspondientes de forma continua en los aerogeneradores, a fin de amortiguar las oscilaciones o fluctuaciones de frecuencia de red suprarregionales.

13. Procedimiento según una de las reivindicaciones 11 ó 12, caracterizado porque se utilizan herramientas de pronóstico que extrapolan la oferta a esperar de energía eólica para cada aerogenerador individual, en base a mediciones y/o estadísticas y/o datos empíricos.

14. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque con la reducción de la velocidad de 5 rotación por introducción de la potencia en exceso, el ángulo de ajuste de pala se regula de manera que permite la absorción de potencia óptima del viento para las condiciones presentes del viento y de la velocidad de rotación.

15. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones 11 a 14, caracterizado porque una señal de fallo se genera con una caída de frecuencia en el intervalo entre 0, 01 Hz y 0, 2 Hz en 1 s, preferentemente con 0, 05 Hz por s.

16. Aerogenerador con un rotor, un generador eléctrico acoplado con el rotor y un convertidor para el suministro de

potencia eléctrica a una red de distribución de energía con la ayuda de un dispositivo de regulación, en el que el dispositivo de regulación está configurado para:

a. hacer funcionar el aerogenerador en el rango de trabajo no estrangulado según la mejor curva característica utilizable del aerogenerador, determinándose el rango de trabajo por parámetros para el ángulo de pala, potencia activa de suministro y velocidad de rotación del rotor, y entendiéndose por no estrangulado según la

mejor curva característica utilizable la potencia activa de suministro máxima en las condiciones de viento correspondientes;

b. detectar los cambios en un parámetro de funcionamiento de la red de distribución de energía;

c. modificar el funcionamiento del aerogenerador al producirse un cambio imprevisto del parámetro de funcionamiento de la red, de manera que el rango de trabajo no estrangulado se abandona por reducción de

la velocidad de rotación del rotor y en este caso se alimenta una potencia activa a la red de distribución de energía que es mayor en una potencia en exceso que la potencia activa de suministro máxima correspondiente a las condiciones de viento correspondientes, extrayéndose la potencia en exceso de la energía cinética del rotor;

d. retornar al funcionamiento en el rango de trabajo no estrangulado según la mejor curva característica

utilizable del aerogenerador por la elevación de la velocidad de rotación del rotor cuando ha finalizado la alimentación de la potencia en exceso.

17. Aerogenerador según la reivindicación 16, caracterizado porque el dispositivo de regulación está configurado además para operar según una de las reivindicaciones 2 a 15.