METODO DE CONTROL PARA UNA INSTALACION EOLICA DE GENERACION ELECTRICA.
Método de control para una instalación eólica de generación eléctrica que comprende una máquina (2) asíncrona con un rotor (4),
un estator (3) y un convertidor de potencia (6) que regula la alimentación del rotor (4), estando el estator (3) conectado a una red eléctrica (5) y comprendiendo un flujo de estator (13) un comportamiento oscilatorio cuando dicha red (5) sufre huecos de tensión. El método comprende los pasos de añadir, a una consigna de flujo de rotor (12), un término de compensación que refleja el comportamiento del flujo de estator (13), obteniéndose una nueva consigna de flujo de rotor (11), y realizar un control del flujo del rotor (4) y de un par de la máquina (2) mediante un bloque de control (8) que, mediante la nueva consigna (11), genera una pluralidad de consignas de control (Sa, Sb, Sc) para el convertidor de potencia (6).
Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P200900158.
Solicitante: MONDRAGON GOI ESKOLA POLITEKNIKOA.
Nacionalidad solicitante: España.
Inventor/es: ABAD BIAIN,GONZALO, RODRIGUEZ VIDAL,MIGUEL ANGEL, POZA LOBO,FRANCISCO JAVIER.
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).
- G05F1/00 FISICA. › G05 CONTROL; REGULACION. › G05F SISTEMAS DE REGULACION DE VARIABLES ELECTRICAS O MAGNETICAS (regulación de la distribución en el tiempo o de la periodicidad de impulsos en los sistemas de radar o de radionavegación G01S; regulación de la corriente o de la tensión, especialmente adaptada para su uso en relojes electrónicos G04G 19/02; sistemas que funcionan en bucle cerrado para regular variables no eléctricas por medios eléctricos G05D; control de la alimentación de energía eléctrica a los computadores digitales G06F 1/26; para obtener las características de funcionamiento deseadas de electroimanes con armadura H01F 7/18; regulación de redes de distribución de energía eléctrica H02J; regulación de la carga de baterías H02J 7/00; regulación del valor de salida de convertidores estáticos, p. ej. reguladores de conmutación, H02M; regulación del valor de salida de generadores eléctricos H02N, H02P 9/00; control de transformadores, reactancias o bobinas de choque H02P 13/00; regulación de la respuesta de frecuencia, ganancia, potencia de salida máxima, amplitud o ancho de banda de amplificadores H03G; regulación de la sintonización de circuitos resonantes H03J; control de generadores de oscilaciones o de impulsos electrónicos H03L; regulación de las características de líneas de transmisión H04B; control de fuentes eléctricas de luz H05B 39/04, H05B 41/36, H05B 45/10, H05B 45/20, H05B 47/10; control eléctrico de aparatos de rayos X H05G 1/30). › Sistemas automáticos en los que las desviaciones de una magnitud eléctrica en relación a uno o a varios valores predeterminados son detectadas a la salida y reintroducidas en un dispositivo interior al sistema para llevar el valor detectado a su valor o a sus valores predeterminados, es decir, sistemas retroactivos.
- H02P9/10 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. › H02P 9/00 Disposiciones para el control de generadores eléctricos con el propósito de obtener las características deseadas en la salida. › Control efectuado sobre el circuito de excitación del generador con el fin de reducir los efectos nocivos de sobrecarga o de fenómenos transitorios, p. ej. aplicación, supresión o cambio repentino de carga.
Fragmento de la descripción:
"Método de control para una instalación eólica de generación eléctrica"
SECTOR DE LA TÉCNICA
La presente invención se relaciona con métodos de control para instalaciones de generación eléctrica, y más concretamente con métodos de control para 1O instalaciones eólicas de generación eléctrica.
ESTADO ANTERIOR DE LA TÉCNICA
La integración en la red eléctrica de la generación de energía proveniente de fuentes renovables, en particular de la energía eólica, viene sufriendo en los últimos afíos un incremento cada vez más significativo.
De entre las diferentes soluciones existentes para la generación de energías a partir del viento, la solución más comúnmente adoptada a día de hoy es la aeroturbina o aerogenerador de velocidad variable. Tal y como su nombre indica, dicha aeroturbina es capaz de modificar su velocidad de giro, adecuándose a la velocidad del viento, con el objetivo de obtener la mayor eficiencia posible para un viento dado y obteniéndose una electricidad generada con menores fluctuaciones y fruto de un mayor aprovechamiento energético.
Por otro lado, dependiendo del generador utilizado por la aeroturbina para transformar la energía mecánica generada por el viento en energía eléctrica, es posible distinguir dos tipos de aeroturbinas:
Aeroturbinas basadas en máquinas síncronas o asíncronas, y Aeroturbinas basadas en máquinas doblemente alimentadas.
En las aeroturbinas que comprenden una máquina asíncrona doblemente alimentada, por estator y el rotor, también conocidas como máquinas de inducción de rotor bobinado, el estator de la máquina se conecta directamente a la red, mientras que el rotor se conecta a un convertidor electrónico de potencia reversible, tal y como se divulga por ejemplo en la patente US 6449735 81. Dicho convertidor ajusta la amplitud y frecuencia de la tensión aplicada en el rotor de la máquina,
pudiéndose de esa forma controlar diferentes magnitudes de dicha máquina tales como el par, la velocidad, las corrientes, las potencias, etc. Por otro lado, desde el punto de vista de la técnica de control y para la máquina 5 asíncrona doblemente alimentada, las técnicas más utilizadas son el Control Vectorial divulgado por ejemplo en el artículo "R. Pena, J.C. Ciare and G.M. Asher, "Doubly fed induction generator using back-to-back PWM converters and its application to variable-speed wind-energy generation, " Proc. lEE. Elec. Power Appl., vol. 143, no. 3, pp. 231-241. May 1996", y el Control Directo de Potencia, o el 1 O Control Directo de Par. Mediante dichos controles, es posible mantener la máquina controlada en par o en potencia, llegándose a un equilibrio estable de la misma. Sin embargo, cuando la red a la que se conecta la aeroturbina se ve afectada por diferentes tipos de perturbaciones las técnicas de control anteriormente 15 mencionadas no garantizan que la máquina se mantenga en un régimen estable de funcionamiento durante dichas perturbaciones. En ocasiones incluso, ante perturbaciones muy severas, es común que la aeroturbina se vea obligada a desconectarse de la red con el objeto de salvaguardar tanto la parte mecánica como la parte eléctrica de la misma. En cuanto a las faltas más frecuentes que se puedan 20 dar en la red cabe destacar los huecos de tensión. Dichos huecos de tensión en la red pueden producir por ejemplo, sin ninguna acción de control especial dedicada, sobretensiones en la tensión de bus, sobrecorrientes en el rotor y golpes fuertes de par en dicho rotor, que provocan también la desconexión de la aeroturbina de la red con los problemas que ello implica desde el punto de vista de la estabilidad de la 25 red. Se conocen del estado de la técnica soluciones para evitar los problemas generados por los huecos de tensión mediante una protección auxiliar, conocida también como protección de crowbar, como son las soluciones divulgadas en lo 30 documentos WO 200401085 A1 y ES 2298014 A1, por ejemplo. Mediante dicha protección de crowbar, durante un hueco de tensión, se consigue que la máquina o aeroturbina no opere en un régimen de funcionamiento normal pero logre mitigar los fuertes incrementos de par y de corriente que se producirfan en la aeroturbina, sin necesidad de que dicha máquina sea desconectada de la red. 35 En el documento ES 2291103 A 1 por ejemplo, se propone una solución alternativa a la protección de crowbar para mitigar los problemas generados por los huecos de tensión en la red eléctrica. Dicha solución se basa en una estrategia de control especialmente disef\ada para el momento en que se produce el hueco de red, y escapaz de evitar la necesidad del crowbar para solventar dichos problemas.
EXPOSICIÓN DE LA INVENCIÓN
El objeto de la invención es el de proporcionar un método de control para una instalación eólica de generación eléctrica, según se describe en las reivindicaciones.
El método de control de la invención está diseñado para su uso en una instalación 1O eólica de generación eléctrica. Este tipo de instalaciones comprende una máquina asíncrona doblemente alimentada y conectada a una red eléctrica, que comprende un rotor, un estator y un convertidor de potencia que regula la alimentación del rotor, estando el estator conectado directamente a la red eléctrica.
Cuando la red eléctrica sufre huecos de tensión, al estar conectado directamente a dicha red eléctrica no se puede evitar que el estator sea directamente afectado por dichos huecos de tensión, y un flujo de estator comprende un comportamiento oscilatorio. El método comprende el empleo de un término de compensación reflejo del comportamiento oscilatorio del flujo del estator en esas circunstancias, para reflejar dicho comportamiento en la consigna del flujo del rotor. Para ello, a una consigna de flujo de rotor determinada se le añade dicho término de compensación obteniéndose una nueva consigna de flujo de rotor, siendo la nueva consigna de flujo de rotor tratada por un bloque de control que genera una pluralidad de consignas de control que llegan al convertidor de potencia, en vez del empleo directo de la consigna de flujo de rotor determinada, regulando dicho convertidor de potencia la alimentación del rotor en función de dichas consignas de control.
De esta manera, empleándose el método de la invención se consigue controlar el par de la máquina, que permanece al valor demandado incluso cuando la red 30 eléctrica sufre huecos de tensión, y el flujo de rotor incluso cuando en la red eléctrica se tienen huecos de tensión, pudiendo regularse la alimentación de la tensión del rotor para que dicho rotor se comporte bajo circunstancias o premisas similares que el estator (que se ve directamente afectado por dichos huecos al estar directamente conectado a la red eléctrica, es inevitable) , y se pueda mantener así 35 controlado tanto el flujo de rotor como el par de la máquina ante dichos huecos de tensión, sin necesidad de desconectar dicha máquina. Al tratarse de un control, además, el método de la invención puede integrarse en un control necesario ya existente en la propia instalación, no siendo necesario incorporar elementos de protección adicionales como el crowbar, que encarecerían dicha instalación, para mitigar los efectos de los huecos de tensión.Estas y otras ventajas y características de la invención se harán evidentes a la vista de las figuras y de la descripción detallada de la invención.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
La FIG. 1 es una vista esquemática de una realización de una instalación adaptada 1O para utilizar el método de la invención.
La FIG. 2 muestra una realización de un bloque de generación empleado en el método de la invención, para la generación de la nueva consigna de flujo de rotor.
La FIG. 3 es una vista esquemática de la instalación de la FIG. 1, con un control según el método de la invención.
En la FIG. 4a se muestra la evolución de una de la tensión de la red eléctrica, obtenida como resultrado de una simulación de una realización del método de la 20 invención.
En la FIG. 4b se muestra la evolución de una corriente de estator de la máquina la tensión de la instalación de la FIG. 1, obtenida como resultrado de una simulación de una realización del método de la invención.
En la FIG. 4c se muestra la evolución de una corriente de rotor de la máquina la tensión de la instalación de la FIG. 1, obtenida como resultrado de...
Reivindicaciones:
2. Método según la reivindicación 1, en donde el bloque de control (8) permite un control directo del flujo del rotor (4) y del par de la máquina (2) , empleando 25 únicamente una consigna de par (10) y la nueva consigna de flujo (11) como consignas.
3. Método según la reivindicación 2, en donde el bloque de control (8) es un bloque de control directo de par o DTC.
4. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde el término de compensación (70) para la consigna del flujo del rotor (4) se obtiene al restar al flujo de estator (13) un valor de referencia (20) del flujo del estator (3) previamente establecido.
5. Método según la reivindicación 4, en donde el valor de referencia (20) es un valor constante que se corresponde con el valor ideal del flujo del estator (3) , obtenido a partir de la pulsación (ws) de la red eléctrica (5) y la amplitud de la tensión (Vs) de dicha red eléctrica (5) .
6. Método según la reivindicación 5, en donde el valor de referencia (20) se obtiene dividiendo el módulo de la tensión (Vs) de la red eléctrica (5) entre la pulsación (ws) de dicha red eléctrica (5) .
.
7. Método según cualquiera de las reivindicaciones 5 ó 6, en donde el flujo de estator (13) se obtiene a partir de un modelo matemático de la máquina (2) , requiriendo dicho modelo matemático las corrientes de rotor (is) y de estator (is) y los parámetros de la máquina (2) .
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