Instalación de energía eólica con curva característica de la velocidad de giro ajustable.

Instalación de energía eólica con un rotor eólico (12), un generador asíncrono (14) doblemente alimentado accionadopor éste con un convertidor (15) y un control (2),

que está realizado para determinar un par de funcionamiento (T) parauna velocidad de giro de funcionamiento (n), no sobrepasando el par de funcionamiento un par máximo (Tmáx),caracterizada porque están previstos un limitador de par (3) de frecuencia adaptativa con un clasificador (31) para unasobrefrecuencia o subfrecuencia, un variador de par (32), que está realizado para reducir el par máximo (Tmáx) en casode desviaciones de la frecuencia y un inhibidor (33), que bloquea el variador de par (32) en caso de una subfrecuencia,así como un limitador de la velocidad de giro (4) en función de la frecuencia, que coopera con el clasificador (31) de talmodo que una velocidad de giro límite inferior (nmín) sólo se aumenta en caso de una sobrefrecuencia y que unavelocidad de giro límite superior (nmáx) sólo se reduce en caso de una subfrecuencia.

Instalación de energía eólica con curva característica de la velocidad de giro ajustable La invención se refiere a una instalación de energía eólica con un rotor eólico, un generador asíncrono doblemente alimentado accionado por éste con un convertidor, que comprende un convertidor del lado del generador y un convertidor del lado de la red, así como un control, que está realizado para determinar un par de funcionamiento para una velocidad de giro de funcionamiento, no sobrepasando el par de funcionamiento un par máximo, y que presenta además un detector de la frecuencia de red.

Las instalaciones de energía eólica modernas están realizadas con una velocidad de giro variable y están provistas para ello de un convertidor. Habitualmente presentan un generador asíncrono doblemente alimentado, cuyo estator está conectado fijamente con la red y cuyo rotor está conectado con la red mediante el convertidor. Esto permite un funcionamiento no sólo con una velocidad de giro tal del generador que corresponda a la frecuencia de red sino también con una velocidad de giro más baja que la que corresponde a la frecuencia de red (o a la velocidad de giro sincrónica determinada de este modo) o un funcionamiento con una velocidad de giro más elevada de la que corresponde a la velocidad de giro sincrónica. La desviación correspondiente de la velocidad de giro real de la velocidad de giro sincrónica, que depende de la frecuencia de red, se llama resbalamiento. Para las instalaciones de energía eólica modernas son habituales unos valores de resbalamiento de + 30 % y en parte también superiores. La instalación de energía eólica puede hacerse funcionar de este modo en una amplia gama de velocidades.

En el funcionamiento práctico en la red real, la velocidad de giro sincrónica decisiva para determinar el resbalamiento no es constante, sino que está sometida a las mismas variaciones que la frecuencia de red. Si se produce por ejemplo una sobrefrecuencia en la red, la velocidad de giro sincrónica se desplaza correspondientemente hacia arriba y viceversa. En caso de que debido a ello los valores de resbalamiento se volvieran demasiado altos o demasiado bajos, existe el peligro de una sobrecarga y de que los componentes de la instalación de energía eólica sufran daños. Para evitarlo, por el estado de la técnica se conocen distintas medidas para remediarlo.

Una primera medida prevé tener en cuenta en el dimensionado de los componentes de la instalación de energía eólica el caso extremo respectivamente menos favorable, es decir, tener en cuenta la desviación máxima admisible de la frecuencia de red. Esto conduce finalmente a un sobredimensionado planificado de los componentes, por lo que suben correspondientemente los costes de fabricación. Además, las curvas características adaptadas al caso menos favorable conducen a un funcionamiento subóptimo al funcionar con una frecuencia nominal, por lo que resultan pérdidas en cuanto al rendimiento. Por lo demás, este dimensionado aún no es suficiente en el caso extremo, sino que adicionalmente es necesaria una adaptación de la gama de velocidades estacionaria a la frecuencia de red, para evitar en caso de una subfrecuencia real una sobrecarga en caso de un resbalamiento demasiado elevado del rotor, en particular bajo una carga elevada.

Otra posibilidad para la adaptación de las curvas características se indica en el documento 2007/069522 A1. En función de la frecuencia de red medida se determina si existe un estado de sobrefrecuencia o de subfrecuencia, para desplazar en función de ello la curva característica de la velocidad de giro/del par hacia el punto sincrónico. De este modo se reduce el resbalamiento que se produce realmente. Por lo tanto, toda la curva característica se adapta en función de la frecuencia de red real. El inconveniente es que esta adaptación es eficaz en toda la gama de funcionamiento, por lo que pueden producirse también pérdidas del rendimiento por una reducción innecesaria, como ya se ha descrito anteriormente en relación con el dimensionado estático para el caso extremo. Además, para determinados estados de funcionamiento sólo existe una protección insuficiente, como por ejemplo para la combinación de la sobrefrecuencia y una carga elevada. Precisamente para este caso de funcionamiento crítico no puede garantizarse una protección suficiente.

Partiendo del estado de la técnica indicado en último lugar, la invención tiene el objetivo de indicar una instalación de energía eólica mejorada y un procedimiento de funcionamiento para la misma, que mejore los inconvenientes arriba indicados.

La solución según la invención está en las características de las reivindicaciones independientes. Las reivindicaciones subordinadas hacen referencia a variantes ventajosas.

En una instalación de energía eólica con un rotor eólico, un generador asíncrono doblemente alimentado accionado por éste con un convertidor, que comprende un convertidor del lado del generador y un convertidor del lado de la red, y un control, que está realizado para para determinar un par de funcionamiento para una velocidad de giro de funcionamiento, no sobrepasando el par de funcionamiento un par máximo, según la invención está previsto un limitador de par de frecuencia adaptativa con un clasificador para una sobrefrecuencia y/o subfrecuencia fuera de una gama de tolerancia, un variador de par que está realizado para reducir el par máximo al producirse desviaciones de la frecuencia, y un inhibidor que bloquea el variador de par en caso de una subfrecuencia, así como un limitador de la velocidad de giro en función de la frecuencia, a cuya entrada está conectada una señal para la desviación de la frecuencia y que coopera con el clasificador de tal modo que la velocidad de giro límite inferior sólo se aumenta en caso de una sobrefrecuencia y la superior sólo se reduce en caso de una subfrecuencia.

La invención está basada en la idea de realizar una adaptación del par de funcionamiento no en toda la gama de funcionamiento sino realizar la adaptación sólo respecto a los valores límite admisibles, en particular el valor máximo, realizándose esta adaptación, no obstante, no de forma estática, sino de forma dinámica en función de la desviación de la frecuencia que se produce realmente. De este modo, las ventajas hasta ahora contrarias de las posibilidades de solución hasta ahora conocidas pueden ser combinadas, pudiendo reducirse de este modo sus inconvenientes. Gracias a la limitación dinámica, se evita en particular el inconveniente de la pérdida de rendimiento que se produce siempre, como hasta ahora se produjo de forma inevitable en caso de un dimensionado para el caso menos favorable. Ya que se desplaza sólo el valor límite y no toda la curva característica en toda la gama de funcionamiento, pueden reducirse aún más las pérdidas.

La invención actúa de dos formas. Por un lado, se adapta la gama de velocidades admisible a la variación correspondiente de la frecuencia de red. De este modo queda garantizado que no se abandone la gama de funcionamiento admisible del convertidor. Al producirse una sobrefrecuencia, se eleva por lo tanto el límite inferior de la gama de velocidades admisible, para mantener el resbalamiento en los límites de funcionamiento del convertidor. El límite máximo de la gama de funcionamiento admisible no debe cambiarse, puesto que aquí resultan de por sí valores de resbalamiento más bajos debido a la sobrefrecuencia.

Por consiguiente, al producirse una subfrecuencia se realiza una variación del límite máximo de la gama de velocidades admisible, concretamente ésta se baja hasta tal punto que no quede por debajo del resbalamiento máximo. En la práctica, esto se hace recomendablemente porque la reducción se realiza de forma proporcional a la desviación de la frecuencia. La velocidad de giro mínima de la gama de velocidades admisible no debe ser adaptada, puesto que aquí resultan de por sí valores de resbalamiento bajos en caso de una subfrecuencia. Con esta limitación a la variación de respectivamente sólo un límite máximo se produce, por un lado, una protección frente a valores inadmisiblemente elevados al producirse condiciones de funcionamiento correspondientemente extremas, manteniéndose por otro lado sin variaciones el funcionamiento en el estado normal. Por lo tanto, no hay que temer pérdidas del rendimiento en el funcionamiento normal.

El segundo aspecto está en realizar además de la adaptación de la gama de velocidades admisible, una adaptación del límite del par, más concretamente del par máximo admisible. Para ello está previsto el variador de par. Este varía el par máximo admisible en función de la velocidad de giro real y de la sobrefrecuencia... [Seguir leyendo]

1. Instalación de energía eólica con un rotor eólico (12) , un generador asíncrono (14) doblemente alimentado accionado por éste con un convertidor (15) y un control (2) , que está realizado para determinar un par de funcionamiento (T) para una velocidad de giro de funcionamiento (n) , no sobrepasando el par de funcionamiento un par máximo (Tmáx) , caracterizada porque están previstos un limitador de par (3) de frecuencia adaptativa con un clasificador (31) para una sobrefrecuencia o subfrecuencia, un variador de par (32) , que está realizado para reducir el par máximo (Tmáx) en caso de desviaciones de la frecuencia y un inhibidor (33) , que bloquea el variador de par (32) en caso de una subfrecuencia, así como un limitador de la velocidad de giro (4) en función de la frecuencia, que coopera con el clasificador (31) de tal modo que una velocidad de giro límite inferior (nmín) sólo se aumenta en caso de una sobrefrecuencia y que una velocidad de giro límite superior (nmáx) sólo se reduce en caso de una subfrecuencia.

2. Instalación de energía eólica según la reivindicación 1, caracterizada porque está previsto un elemento de par máximo (23) , que está realizado como elemento de curva característica o como tabla look-up.

3. Instalación de energía eólica según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque está previsto un elemento modificador de la velocidad de giro (38) , que está realizado para generar a partir de la velocidad de giro de funcionamiento (n) real una señal de velocidad de giro (n*) modificada, variada lo que corresponde al valor de corrección en función de la desviación de la frecuencia, que está aplicada a un elemento de par máximo (23) en función de la velocidad de giro, que emite el valor máximo para la velocidad de giro.

4. Instalación de energía eólica según la reivindicación 3, caracterizada porque el elemento modificador de la velocidad de giro (38) coopera con un limitador de frecuencia (37) , a cuya entrada están conectadas señales para una frecuencia máxima admisible, una frecuencia normal y la frecuencia real.

5. Instalación de energía eólica según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el clasificador (31) está realizado de tal modo que el dispositivo limitador sea inactivo en caso de una desviación en una gama de tolerancia.

6. Procedimiento para el funcionamiento de una instalación de energía eólica con un rotor eólico (12) , un generador asíncrono (14) doblemente alimentado accionado por éste, con un convertidor (15) y un control (2) , determinándose para el control de la instalación de energía eólica un par de funcionamiento (T) para una velocidad de giro de funcionamiento (n) , no rebasando el par de funcionamiento un par máximo (Tmáx) , y determinándose una frecuencia de red (f) , caracterizado por la determinación de una desviación de la frecuencia y la clasificación en una sobrefrecuencia o subfrecuencia, la reducción del par máximo (Tmáx) en función de la desviación de la frecuencia, suprimiéndose esto en caso de producirse una subfrecuencia y limitación de la velocidad de giro en función de la desviación de la frecuencia detectada de modo que, al producirse una sobrefrecuencia, sólo se aumenta la velocidad de giro límite inferior y, en caso de producirse una subfrecuencia, sólo se reduce la velocidad de giro límite superior.

7. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado porque se usa un dispositivo limitador según una de las reivindicaciones 2 a 5.