Método para operar un convertidor de un generador eólico.

Método para operar un convertidor de potencia lado red (105) de un aerogenerador en situaciones en las que su capacidad de evacuación de potencia se ve superada.

La invención comprende: calcular la capacidad de evacuación de potencia del convertidor lado red (SPcof_red); obtener la potencia no evacuable por el convertidor lado red a la red, mediante la comparación de la potencia procedente del bus de continua con la capacidad de evacuación de potencia del convertidor lado red (SPcof_red) calculada; y desviar la·potencia no evacuable a la red a una carga controlada (201).

Método para operar un convertidor de un generador eólico.

Objeto de la invención

La presente invención se refiere a un método para operar un convertidor de potencia lado red de un aerogenerador en situaciones en las que su capacidad de evacuación de potencia se ve superada.

Antecedentes de la invención

En los últimos años el número de aerogeneradores y parques eólicos conectados a la red eléctrica ha aumentado de forma notable. Por este motivo, se ha incrementado el nivel de exigencia de estas máquinas, especificando una serie de requisitos de actuación que mejoren el comportamiento del aerogenerador evitando esfuerzos mecánicos y obteniendo una rápida respuesta ante perturbaciones en la red.

La invención propuesta se centra en el modo de operación de un convertidor de potencia de un aerogenerador, en concreto en el convertidor lado red. Se entiende por convertidor de potencia cualquier topología que emplee electrónica de potencia y el control asociado. Dichos elementos constituyen una unidad funcional encargada de controlar las magnitudes rotóricas y/o estatóricas de tal manera que permita entregar energía a la red eléctrica, funcionando a velocidad variable o fija. El convertidor de potencia puede ser una topología formada por uno o varios back-to-back (conversiones de AC - DC - AC reversibles, a través de un bus de continua, donde AC es corriente alterna y DC corriente continua) o cualquier otra topología que realice la funcionalidad comentada.

En determinadas situaciones, el convertidor lado red necesita evacuar más potencia que la potencia nominal de diseño. Si un convertidor lado red se dimensiona para la máxima potencia solicitada en el rango de operación del aerogenerador, el diseño resultante sería innecesariamente grande, resultando un diseño poco óptimo que vendría determinado por la necesidad de dar respuesta en momentos puntuales. Por ejemplo, esta situación se presenta en ocasiones poco frecuentes como es el caso de sobrevelocidades extremas que actualmente exigen un sobredimensionamiento del convertidor lado red para evacuar la potencia rotórica.

Por otro lado, operar una carga de forma controlada (i.e. una resistencia) para evacuar potencia de un bus de continua de un convertidor de potencia se lleva haciendo desde hace décadas, por ejemplo en variadores de velocidad. En la figura 2 se representa esta solución que forma parte del estado de la técnica (Fuente: Power electronics: converters, applications, and design, Ned Mohan, Ed. John Wiley & Sons, 1989, Página 421, Figura 14-20 (a)).

Utilizando como base esta tecnología conocida, en la patente US7102247 se presenta un circuito formado por una carga controlada cuya finalidad es actuar ante huecos de red, permitiendo la desactivación temporal del convertidor lado máquina.

Descripción de la invención

Para conseguir los objetivos y resolver los inconvenientes anteriormente indicados, la presente invención describe un método para operar la carga controlada de un aerogenerador que permite reducir el dimensionado del convertidor lado red, haciendo que éste no tenga que hacer frente a los sobrerrequerimientos de potencia puntuales.

Estos sobrerrequerimientos de potencia puntuales son especialmente importantes ante ráfagas de viento. En estas situaciones extremas, la respuesta del sistema es mejorada al solicitarle al convertidor de potencia un mayor par de frenado. La invención propuesta permite aumentar el par de frenado sin necesidad de sobredimensionar el convertidor lado red.

El método propuesto en la invención permite la continuidad de la operación del aerogenerador aún en condiciones en las que la capacidad de evacuación de potencia del convertidor lado red se ve temporalmente reducida o no es capaz de evacuar la potencia requerida, tales como por ejemplo, condiciones anómalas de red, sobrecalentamiento en los semiconductores, excursiones de velocidad, condiciones atmosféricas extremas, fallos en el sistema de refrigeración, y cualquier otra condición.

La invención propuesta es válida para aerogeneradores que al menos comprenden un convertidor de potencia que incluye:

- al menos un convertidor electrónico conectado al rotor del generador,

- al menos un convertidor electrónico, capaz de suministrar o evacuar la potencia que dicho rotor del generador consume o genera,

- al menos un bus de continua,

En una realización preferida, una carga controlada está conectada al bus de continua, tal y como se ha descrito en el estado de la técnica anteriormente citado.

Esta invención se aplica a cualquier topología de convertidor de potencia que incluya un bus de continua, como por ejemplo, un aerogenerador doblemente alimentado.

Se entiende por aerogenerador doblemente alimentado aquellas turbinas eólicas de velocidad variable que están equipadas con generadores asíncronos de rotor bobinado cuyo rotor está alimentado a través de un convertidor de potencia. El convertidor de potencia es el encargado de gestionar la energía de los devanados rotóricos.

En la invención se propone un método de operación de un convertidor de potencia eólico que comprende las siguientes etapas:

- Calcular la capacidad de evacuación de potencia del convertidor lado red.

- Obtener la potencia no evacuable por el convertidor lado red a la red, mediante la comparación de la potencia procedente del bus de continua con la capacidad de evacuación de potencia del convertidor lado red calculada.

- Desviar la potencia no evacuable a la red a una carga controlada.

En una realización preferida, el cálculo de la capacidad de evacuación del convertidor lado red se realiza a partir de la capacidad nominal y de al menos una variable previamente medida. Como ejemplo de variables cabe citar las siguientes: la temperatura del radiador, condiciones de red, el estado correcto o anómalo de los componentes del convertidor, la temperatura de los componentes del filtro de red, la tensión del bus de continua, la prioridad de generación de potencia reactiva. Estas variables pueden ser consideradas de forma individual o conjunta.

En otra realización preferida del método, las variables medidas se introducen en una tabla de la que, para cada una de las variables medidas, se obtiene un coeficiente de reducción de la potencia nominal. El método propuesto comprende seleccionar el mínimo de los coeficientes de reducción, y aplicarlo a la potencia nominal del convertidor de potencia.

A continuación, para facilitar una mejor comprensión de esta memoria descriptiva y formando parte integrante de la misma, se acompañan una serie de figuras en las que con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado el objeto de la invención.

Breve descripción de las figuras

Figura 1: muestra un esquema del estado de la técnica de un aerogenerador con una topología doblemente alimentada.

Figura 2: muestra una representación general del estado de la técnica de una resistencia controlada.

Figura 3: muestra una realización preferida de una implementación del método descrito en esta invención.

Descripción de uno o varios ejemplos de realización de la invención

Seguidamente se realiza una descripción de ejemplos de la invención, citando referencias de las figuras.

En la figura 1 se representa una topología de aerogenerador doblemente alimentado que forma parte del estado de la técnica actual. Los principales elementos de esta topología son las palas del aerogenerador (101), la multiplicadora (102), el generador eléctrico (107), el convertidor de potencia (103), el convertidor de potencia lado red (105), el bus de continua (106) y la red eléctrica (104).

En la figura 2 se representa una resistencia controlada (201) dentro del convertidor de potencia (103), que también forma parte del estado de la técnica.

La figura 3 representa una realización preferida del método de la invención. En primer lugar se mide la tensión del bus (Vbus_med) y se compara (305) con la tensión nominal (SP_Vbus), e introduciendo la diferencia en un regulador denominado regulador del bus de continua (301), se calcula la potencia necesaria a evacuar del bus de continua (SP_P).

Por otro lado, se miden una serie de variables (304) para realizar el cálculo de la capacidad de evacuación del convertidor lado red...

1. Método para operar un convertidor de un generador eólico doblemente alimentado que incluye una carga controlada, y que comprende:

- calcular la capacidad de evacuación del convertidor lado red,

- obtener la potencia no evacuable por el convertidor lado red a la red, mediante la comparación de la potencia procedente del bus de continua con la capacidad de evacuación del convertidor lado red calculada,

- desviar la potencia no evacuable a la red a una carga controlada.

2. El método de la reivindicación 1 en el que el cálculo de la capacidad de evacuación del convertidor lado red se realiza a partir de la capacidad nominal y de al menos una variable previamente medida.

3. El método de la reivindicación 2 en el que las variables medidas están seleccionadas entre la temperatura del radiador de los semiconductores, condiciones de red, el estado de los componentes del convertidor, temperatura de los componentes del filtro de red, tensión del bus de continua, prioridad de generación de potencia reactiva, y combinación de ellas.

4. El método de la reivindicación 1 en el que la potencia no evacuable se obtiene de la diferencia entre la salida de un regulador de tensión del bus de continua y la capacidad de evacuación de potencia calculada del convertidor lado red.

5. El método de la reivindicación 2 en el que cada variable medida se introduce en una tabla y se obtiene un coeficiente de reducción de la potencia nominal de cada variable, seleccionando el mínimo de los coeficientes de reducción, y aplicándolo a la potencia nominal del convertidor para obtener la capacidad de evacuación del convertidor lado red.