MÉTODO DE DETECCIÓN DE FALLOS EN UN CONVERTIDOR DE FRECUENCIA ACOPLADO AL GENERADOR DE UN AEROGENERADOR.
Método de detección de fallos en un convertidor de frecuencia acoplado al generador de un aerogenerador y a una red eléctrica.
El convertidor de frecuencia consiste en un inversor de red (3), un condensador (4) de acoplamiento DC y un inversor generador (2), en el que mediante la medición del tiempo de descarga del condensador (4) de acoplamiento DC se detecta la existencia de un fallo tanto en el condensador (4) como en el aislamiento del generador (1).
Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P200802683.
Solicitante: GAMESA INNOVATION & TECHNOLOGY, S.L.
Nacionalidad solicitante: España.
Inventor/es: BIRK,JENS.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- G01R27/16 FISICA. › G01 METROLOGIA; ENSAYOS. › G01R MEDIDA DE VARIABLES ELECTRICAS; MEDIDA DE VARIABLES MAGNETICAS (indicación de la sintonización de circuitos resonantes H03J 3/12). › G01R 27/00 Dispositivos para realizar medidas de la resistencia, reactancia, impedancia, o de características eléctricas derivadas. › Medida de la impedancia de un elemento o de una red por la cual pasa una corriente que proviene de otra fuente, p. ej. línea de transporte de energía, cables.
- G01R27/26 G01R 27/00 […] › Medida de la inductancia o de la capacitancia; Medida del factor de calidad, p. ej. utilizando el método por resonancia; Medida del factor de pérdidas; Medida de constantes dieléctricas.
- G01R31/27 G01R […] › G01R 31/00 Dispositivos para ensayo de propiedades eléctricas; Dispositivos para la localización de fallos eléctricos; Disposiciones para el ensayo eléctrico caracterizadas por lo que se está ensayando, no previstos en otro lugar (ensayo o medida de dispositivos semiconductores o de estado sólido, durante la fabricación H01L 21/66; ensayo de los sistemas de transmisión por líneas H04B 3/46). › Ensayos de dispositivos sin extraerlos físicamente del circuito del que forman parte, p. ej. compensación de efectos debidos a los elementos circundantes.
- G01R31/34 G01R 31/00 […] › Ensayo de máquinas dinamoeléctricas.
- H02M7/00 ELECTRICIDAD. › H02 PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA ELECTRICA. › H02M APARATOS PARA LA TRANSFORMACION DE CORRIENTE ALTERNA EN CORRIENTE ALTERNA, DE CORRIENTE ALTERNA EN CORRIENTE CONTINUA O DE CORRIENTE CONTINUA EN CORRIENTE CONTINUA Y UTILIZADOS CON LAS REDES DE DISTRIBUCION DE ENERGIA O SISTEMAS DE ALIMENTACION SIMILARES; TRANSFORMACION DE UNA POTENCIA DE ENTRADA EN CORRIENTE CONTINUA O ALTERNA EN UNA POTENCIA DE SALIDA DE CHOQUE; SU CONTROL O REGULACION (transformadores H01F; convertidores dinamoeléctricos H02K 47/00; control de los transformadores, reactancias o bobinas de choque, control o regulación de motores, generadores eléctricos o convertidores dinamoeléctricos H02P). › Transformación de una potencia de entrada en corriente alterna en una potencia de salida en corriente continua; Transformación de una potencia de entrada en corriente continua en una potencia de salida en corriente alterna.
Fragmento de la descripción:
Método de detección de fallos en un convertidor de frecuencia acoplado al generador de un aerogenerador.
Objeto de la invención
La invención está relacionada con la detección de fallos en un generador o un convertidor de frecuencia en un aerogenerador.
Antecedentes de la invención
La parte generadora de una red de suministro eléctrico está constituida por múltiples elementos, que en el caso de un funcionamiento incorrecto pueden causar pérdidas de energía, daño en otros componentes e incluso un fallo de comportamiento de todo el sistema.
Uno de estos elementos es un condensador de acoplamiento en continua que se conecta en paralelo con el inversor generador y el inversor de red, siendo su tarea desacoplar las partes de alta frecuencia y los picos de tensión entre el generador y la red.
Un comportamiento de fallo de este dispositivo puede causar una pérdida de potencia o daños en otros componentes de la red.
Además, en el caso de que el aislamiento de tierra falle, el propio generador puede ser una fuente significante de pérdida de potencia.
Ambas situaciones de fallo pueden significar una pérdida de la producción y un posible daño en otros componentes del convertidor lo que puede suponer grandes pérdidas.
La Patente americana US 4,562,390 describe un aparato Leonard estático en el que un motor DC es alimentado desde un convertidor de tiristores a través de un circuito interruptor principal y en el que un condensador está conectado entre los buses de salida DC del convertidor de tiristores. Cuando el circuito interruptor principal es desactivado se activa un interruptor de tierra para formar un circuito de descarga a tierra de manera que el condensador DC se descarga a través del motor DC, mientras que durante el periodo de tiempo que el circuito interruptor principal está activado el condensador DC se carga con el voltaje de salida del convertidor de tiristores. Se computa el tiempo de descarga del condensador y en función de esto se mide la resistencia del aislamiento del motor DC.
Sin embargo esta solución no resulta efectiva a la hora de determinar la existencia de un fallo en el aislamiento de un motor o generador, ya que no se tiene en cuenta el fenómeno "aging", envejecimiento, de los condensadores, por lo que el condensador puede estar funcionando incorrectamente y en consecuencia el tiempo de descarga calculado no es real y da lugar a errores en la medición de la resistencia del aislamiento.
Por otro lado, esta solución implementa un circuito interruptor principal que debe soportar todo el rango de corriente del motor DC lo que hace que la solución sea cara y ocupe un gran volumen.
Descripción de la invención
Con la intención de evitar un comportamiento de fallo y detectar los elementos que pueden causarlo, se han desarrollado unos métodos para verificar el correcto funcionamiento de cada dispositivo y revelar errores potenciales. Para ello se realiza una detección de fallos en el condensador de acoplamiento DC y de fallos de aislamiento en el generador.
En primer lugar, el condensador de acoplamiento DC se carga a tensión nominal (por ejemplo 1050 V), a través de la red inversora.
Posteriormente, se deshabilita el inversor de red y se produce una descarga de la carga del condensador de acoplamiento DC, siendo el tiempo de descarga monitorizado.
En el caso de que el tiempo de descarga sea menor que el que se tenía al principio de uso, esto significa que el condensador está próximo al final de su ciclo de vida y por lo tanto es conveniente sustituirlo.
Para la detección de un fallo en el aislamiento del generador se carga el condensador de acoplamiento a tensión nominal y una vez el condensador de acoplamiento DC está cargado se deshabilita el inversor de red y se conectan los tres transistores de la parte superior del inversor generador.
En el caso en el que el tiempo de descarga del condensador sea mucho menor que el detectado en la detección de fallo en el condensador, se puede decir que existen corrientes de fuga y que por lo tanto existe un fallo en el aislamiento del generador, por lo cual será conveniente sustituirlo.
En el caso de que la comparativa no esté bien definida se repetirá el paso anterior pero activando los transistores aguas abajo del condensador y desactivando los que se encuentran aguas arriba en el inversor generador.
Este método, objeto de la invención, da la oportunidad de reemplazar dispositivos con fallo y optimizar el funcionamiento y la eficiencia del sistema y garantiza la detección de posibles fallos antes de que estos se produzcan, sin necesidad de introducir un nuevo hardware en el sistema, como dispositivos de medición externos.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 muestra un circuito de un convertidor de potencia con un condensador de acoplamiento DC entre el inversor generador y la red inversora, de acuerdo con la presente invención.
La figura 2 muestra un circuito según otra realización del objeto de la invención.
La figura 3 muestra un circuito según una tercera realización del objeto de la invención.
Descripción de una realización preferencial
La figura 1 muestra la configuración de un generador (1) y un conversor de potencia comprendiendo un inversor generador (2), un condensador de acoplamiento DC (4), un inversor de red (3) y tres fases (5) que se conectan a la red eléctrica.
Mediante este circuito, midiendo el tiempo de descarga, tdescarga, es decir el tiempo que el condensador tarda en pasar de una tensión nominal a una tensión realmente más baja como por ejemplo un 50% de la tensión nominal, se detecta la existencia de un fallo en el condensador de acoplamiento DC (4) o un fallo del aislamiento del generador (1).
Para ello el método objeto de la invención comprende un primer paso en el que el generador (1) se encuentra en parada, por ejemplo al haberse activado el freno mecánico, se habilita el inversor de red (3) y se carga a tensión nominal el condensador (4) de acoplamiento DC.
En un segundo paso, una vez el condensador (4) está cargado se deshabilita el inversor de red (3), de manera que el condensador (4) empieza a descargarse. Se mide el tiempo que el condensador tarda en descargarse, tdescarga1, y se compara su valor con el tiempo que el condensador tardaba en descargarse al inicio de su ciclo de vida y que se denominará tdescarga \ consigna.
En este punto, en el caso de que el tiempo de descarga medido sea mucho menor que el tiempo de descarga de consigna, puede entenderse que el condensador (4) está próximo al final de su ciclo de vida.
Se habilita el inversor de red (3) volviéndose a cargar el condensador (4) de acoplamiento DC a tensión nominal.
A continuación, en un cuarto paso, se vuelve a deshabilitar el inversor de red (3) y se activa al menos uno de los transistores del inversor generador (2) que se encuentran aguas arriba, para a continuación hacer una medición del tiempo de descarga, tdescarga2, del condensador de acoplamiento DC.
El valor de este parámetro, tdescarga2, se comparará con el valor obtenido en la primera medición, tdescarga1.
En un quinto paso se vuelve a habilitar el inversor de red (3) y cargar el condensador (4) de acoplamiento DC a tensión nominal para realizar una nueva medición del tiempo de descarga del condensador.
En un último paso, se deshabilita el inversor de red (3) y se activa al menos uno de los transistores, del inversor generador (2) que se encuentran aguas abajo.
Se procede a la medición del tiempo de descarga del condensador (4) obteniéndose un nuevo parámetro tdescarga3 que será comparado con el valor de la primera medición realizada sobre el tiempo de descarga, es decir, tdescarga1.
El hecho de que cualquiera de los parámetros tdescarga2 o tdescarga3 tenga un valor mucho menor que el parámetro tdescarga1, determina la existencia de un fallo en el aislamiento del generador (1).
En otra realización se incluye un interruptor (6) conectado entre el terminal negativo del condensador y la conexión a tierra (7), tal y como se muestra en la figura 2, de manera que la tensión del condensador (4) de...
Reivindicaciones:
1. Método de detección de fallos en un aerogenerador, que incluye un convertidor de frecuencia constituido por un inversor de red (3), un condensador (4) de acoplamiento DC y un inversor generador (2) caracterizado porque mediante la medición del tiempo de descarga, tdescarga, del condensador (4) de acoplamiento DC se detecta la existencia de un fallo tanto en el condensador (4) como en el aislamiento del generador (1) y porque comprende los pasos de:
2. Método de detección de fallos en un convertidor de frecuencia acoplado al generador de un aerogenerador, según la primera reivindicación, caracterizado porque opcionalmente se introduce un interruptor (6) conectado entre tierra (7) y cualquiera de los terminales positivo o negativo del condensador (4) de acoplamiento DC.
3. Método de detección de fallos en un convertidor de frecuencia acoplado al generador de un aerogenerador, según la segunda reivindicación, caracterizado porque se introduce una resistencia en serie con el interruptor (6).
4. Método de detección de fallos en un convertidor de frecuencia acoplado al generador de un aerogenerador, según la segunda reivindicación, caracterizado porque para la detección de fallos en el condensador (4) y en el aislamiento del generador (1) se siguen los pasos de:
5. Método de detección de fallos en un convertidor de frecuencia acoplado al generador de un aerogenerador, según la cuarta reivindicación, caracterizado porque en el paso d) de la quinta reivindicación, cuando el interruptor (6) está conectado entre tierra (7) y el terminal positivo del condensador (4) de acoplamiento DC, al menos uno de los transistores aguas abajo del inversor generador (2) está activado.
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