Método y sistema de control de tensión de una central de generación eléctrica y parque eólico,

cuyo método comprende la estimación de la tensión equivalente de la red (VRed) a partir de las magnitudes eléctricas medidas en el punto de conexión de la central de generación (VSub), Pglobal, Qglobal, Iglobal, cos fi), y un modelo equivalente de la red eléctrica a la que se conecta el parque; y generación a partir de dicha tensión equivalente calculada (VRed) de una consigna (Qref) indicativa de la potencia reactiva a producir por la central de generación eléctrica, de forma que el sistema calcula la consigna de reactiva aplicando un método de control, y siendo todo ello aplicable en un parque eólico.

Método y sistema de control de tensión de una central de generación eléctrica y parque eólico.

Objeto de la invención

La siguiente invención, según se expresa en el enunciado de la presente memoria descriptiva, se refiere a un método de control de tensión de una central de generación eléctrica, teniendo por objeto esencial la generación de potencia reactiva de acuerdo a la evolución de la tensión, de manera que se contribuya a la estabilización de la tensión de la red.

Un segundo objeto de la invención se refiere a un sistema de control de tensión de una central de generación eléctrica que comprende el mencionado método de control de tensión.

Un tercer objeto de la invención se refiere a un parque eólico que comprende dicho sistema de control.

Campo de aplicación

En la presente memoria se describe un método y un sistema de control de tensión de una central de generación eléctrica, siendo de especial aplicación en una central de generación cólica.

Antecedentes de la invención

Con el aumento del grado de penetración de centrales de generación renovable en la red eléctrica, se les están demandando a este tipo de generadores diversos servicios auxiliares, tales como el control de tensión y frecuencia, para garantizar su correcta integración en la red.

De esta forma, se han desarrollado controles de potencia activa y reactiva para contribuir a la estabilización de la frecuencia y de la tensión, respectivamente.

Este tipo de centrales de generación suelen estar formadas por unidades de generación de poca potencia (paneles fotovoltaicos, aerogeneradores, etc. del orden de kW a 10 MW) en relación con las centrales convencionales (térmicas, nucleares, etc. que pueden llegar hasta el orden de los GW). La coordinación y control de todas las unidades de generación constituyentes de la central de generación renovable, hace Indispensable que se dispongan de sistemas de comunicación que envíen la información necesaria a cada una de ellas.

La generación eólica en particular, es una de las formas de generación renovable que más y más rápidamente ha aumentado. Este tipo de unidades generadoras han utilizado convencionalmente dos estrategias distintas para el control de tensión en operación normal.

La primera estrategia ha sido incorporar en los aerogeneradores controladores de la tensión en bornas del aerogenerador. Un ejemplo de este tipo de control lo constituye el documento de patente US 6965174 B2.

Este tipo de control es de rápida respuesta y no necesita equipos adicionales de control en subestación, ya que, los aerogeneradores siempre incorporan controladores y medidas de tensión en bornas de conexión.

Sin embargo tiene la desventaja de que únicamente se controla la tensión local, cuyo valor no es relevante para la red eléctrica siempre que se mantenga dentro de los rangos de operación especificados. Por el contrario la tensión en el punto de conexión del parque no es controlada y por lo tanto puede estar sujeta a variaciones.

La segunda estrategia ha sido incorporar controladores de parque, que a partir de la tensión medida en el punto de conexión del parque envían consignas a los aerogeneradores de potencia reactiva o factor de potencia. Ejemplos de este tipo de control son la solicitud de patente EP1433238 y parte de lo descrito en el documento de patente US7166928B2.

La desventaja de esta solución es que para conseguir una respuesta rápida exige una sofisticada red informática que conecte el controlador de parque con los aerogeneradores.

Por otro lado, asociado a los retardos que existen en el transcurso desde que se toman las medidas y se calculan las consignas en subestación para las unidades de generación hasta que los unidades generadoras las reciben y generan en consecuencia (retrasos digitales y de comunicación y de respuesta de los sistemas), se pueden producir oscilaciones de la tensión y de la reactiva generada.

En algunas normativas de regulación de red, especifican el nivel de potencia reactiva que se ha de generar en función de la desviación de la tensión, imponiendo en muchos casos como requisito un regulador de tensión proporcional. Especifican también el tiempo de respuesta requerido de dicho regulador.

Este tipo de control puede conllevar la aparición de oscilaciones de tensión adicionales dependiendo del tipo de red a la que se conecte al parque eólico (generalmente con bajas potencias de cortocircuito), la constante de proporcionalidad (o droop) exigidos en el control, etc.

En la presente invención se propone un método de control de tensión de una central de generación que soluciona los inconvenientes citados anteriormente.

Descripción de la invención

En la presente memoria se describe un método de control de tensión de una central de generación eléctrica, caracterizado por comprender los siguientes pasos:

- estimación de la tensión equivalente de la red (V_Red) a partir de las magnitudes eléctricas medidas en el punto de conexión de la central de generación eléctrica (V_Sub, P_global, Q_global, I_global, cos fi), y un modelo equivalente de la red eléctrica a la que se conecta el parque;

- generación a partir de dicha tensión equivalente calculada (V_Red) de una consigna (Q_ref) indicativa de la potencia reactiva a producir por la central de generación eléctrica.

Al generar la consigna de potencia reactiva a partir de la tensión de la red (V_Red), mucho más estable que la tensión del punto de conexión (V_Sub), sobre todo en el caso de redes débiles, el control será más estable que los del estado de la técnica, al no estar sujeto a las oscilaciones que se observan en dicha tensión del punto de conexión, y que en consecuencia generan fluctuaciones en las consignas de potencia reactiva. De esta manera, la tensión en el punto de conexión de la central eléctrica obtenida aplicando el método de la invención es más estable que los del estado de la técnica.

En otro aspecto de la invención la consigna de potencia reactiva (Q_ref) se calcula a partir de la tensión equivalente de red (V_Red) y tiene un valor que corresponde a la potencia reactiva que debe generar de manera estacionaria la central de generación eléctrica para cumplir una ley de control previamente definida.

El hecho de que la consigna de potencia reactiva corresponda a aquélla que debe generar la central de generación eléctrica en el estado estacionario, evita que los retardos que existen en el transcurso desde que se toman las medidas y se calculan las consignas en subestación para las unidades de generación hasta que los unidades generadoras las reciben y generan en consecuencia (retrasos digitales y de comunicación y de respuesta de los sistemas), afecten a la controlabilidad del sistema.

En una primera alternativa de la invención, la ley de control define la potencia reactiva a generar (Q_ref) en función de la tensión en el punto de conexión de la central de generación eléctrica (V_Sub) y de una tensión de referencia (V_ref).

Según la primera alternativa de la invención se calcula además la tensión en el punto de conexión (V_Sub-Est) que se alcanzará de modo estacionario a la tensión equivalente de la red (V_Red) y generando una potencia reactiva igual a la consigna (Q_ref).

Dicha ley de control de tensión, según la primera alternativa de la invención, puede venir impuesta por el operador de red encargado de velar por la estabilidad del sistema eléctrico y suele corresponderse con un control proporcional. En este caso, la ley de control que define la respuesta requerida a la central de generación eléctrica incluye además de la tensión de referencia para la tensión en el punto de conexión (V_ref), una constante (K) que relaciona la tensión en el punto de conexión (V_Sub) y la potencia reactiva a generar (Q_ref) por la central de generación eléctrica.

En una segunda alternativa de la invención, la ley de control define la tensión que debe alcanzarse de modo estacionario en el punto de conexión del parque (V_ref). De esta manera, la consigna (Qr) corresponde...

1. Método de control de tensión de una central de generación eléctrica, caracterizado por comprender los siguientes pasos:

- estimación de la tensión equivalente de la red (V_Red) a partir de las magnitudes eléctricas medidas en el punto de conexión de la central de generación eléctrica (V_Sub, P_global, Q_global, I_global, cos fi), y un modelo equivalente de la red eléctrica a la que se conecta el parque;

- generación a partir de dicha tensión equivalente calculada (V_Red) de una consigna (Q_ref) indicativa de la potencia reactiva a producir por la central de generación eléctrica.

2. Método de control de tensión de una central de generación eléctrica, según la reivindicación 1, caracterizado porque la consigna de potencia reactiva (Q_ref) se calcula a partir de la tensión equivalente de red (V_Red) y tiene un valor que corresponde a la potencia reactiva que debe generar de manera estacionarla la central de generación eléctrica para cumplir una ley de control preestablecida.

3. Método de control de tensión de una central de generación eléctrica, según la reivindicación 2, caracterizado porque ley de control define la potencia reactiva a generar (Q_ref) en función de la tensión en el punto de conexión de la central de generación eléctrica (V_Sub) y de una tensión de referencia (V_ref).

4. Método de control de tensión de una central de generación eléctrica, según la reivindicación 3, caracterizado porque se calcula la tensión en el punto de conexión (V_Sub-Est) que se alcanzará de modo estacionario a la tensión equivalente de la red y generando una potencia reactiva igual a la consigna (Q_ref).

5. Método de control de tensión de una central de generación eléctrica, según la reivindicación 3, caracterizado porque la ley de control está definida mediante una tensión de referencia para la tensión en el punto de conexión (V_ref) y una constante (K) que relaciona la tensión en el punto de conexión (V_Sub) y la potencia reactiva a generar (Q_ref).

6. Método de control de tensión de una central de generación eléctrica, según la reivindicación 2, caracterizado porque la ley de control define la tensión que debe alcanzarse de modo estacionario en el punto de conexión del parque (V_ref).

7. Método de control de tensión de una central de generación eléctrica, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicho método comprende además el paso de estimar dinámicamente el modelo de la red a partir de las magnitudes eléctricas medidas en el punto de conexión de la central de generación eléctrica (Vs, P, Q, I, cos fi).

8. Método de control de tensión de una central de generación eléctrica, según la reivindicación 7, caracterizado por que dicho modelo eléctrico de la red consiste en un resistencia (R) y una reactancia serie (X).

9. Método de control de tensión de una central de generación eléctrica, según la reivindicación 7, caracterizado porque se guardan registros de varios valores consecutivos de impedancias de la red, de manera que ante cambios bruscos en el valor de dicha impedancia, se modifican parámetros en el control de tensión de manera que siga garantizándose la estabilidad del control.

10. Sistema de control de tensión de una central de generación eléctrica, que comprende medios de medida de unas variables eléctricas en el punto de conexión de la central de generación eléctrica y una unidad de control que calcula a partir las variables eléctricas una consigna de potencia reactiva (Q_ref), caracterizado porque la consigna de reactiva se calcula aplicando un método de control según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9.

11. Parque eólico, caracterizado por comprender un sistema de control según la reivindicación 10.