Regulación de la potencia de un parque eólico y procedimiento correspondiente.

Parque eólico con una pluralidad de plantas de energía eólica (3,

3') que generan energía eléctrica para ser inyectada en una red, y con un administrador del parque (5) para controlar las plantas de energía eólica (3, 3'), presentando las plantas de energía eólica (3, 3') un generador (34, 34') accionado por medio de un rotor (32, 32'), y donde el administrador del parque (5) comprende una instalación de regulación de potencia realizada con varios circuitos, donde un primer circuito (I) actúa sobre un primer grupo (1) de las plantas de energía eólica (3'), y un segundo circuito (II) actúa sobre un segundo grupo (2) de las plantas de energía eólica (3), caracterizado porque la instalación de regulación de potencia realizada con varios circuitos es un regulador de potencia reactiva, cuyo primer circuito (I) comprende un regulador rápido (51) que presenta una dinámica considerablemente superior a la de un regulador lento (52) del segundo circuito (II), reaccionando el regulador rápido (51) con mayor rapidez ante los saltos de conducción y/o las magnitudes de avería.

Regulación de la potencia de un parque eólico y procedimiento correspondiente.

La invención se refiere a un parque eólico con una pluralidad de plantas de energía eólica y un administrador del parque para efectuar el control de las plantas de energía eólica, comprendiendo las plantas de energía eólica un generador accionado por medio de un rotor para generar potencia eléctrica, y donde el administrador del parque incluye una instalación de regulación de la potencia.

En tiempos recientes las plantas de energía eólica no se instalan preferentemente aisladas sino reunidas en grupos formando parques eólicos. Estos parques eólicos suelen estar situados en emplazamientos especialmente convenientes para el viento, tal como en la costa o sobre elevaciones. Dado que la planta de energía eólica individual alcanza hoy día ya unas potencias que anteriormente estaban reservadas a un parque eólico completo, los parques eólicos modernos presentan una potencia eléctrica instalada muy elevada. La conexión de tales parques eólicos de gran potencia a redes eléctricas de suministro de energía no deja de presentar problemas. Es preciso prestar especial atención a mantener una alta calidad de la red. Al aumentar el número de parques eólicos que están conectados a una red de suministro eléctrico se requieren unas especificaciones rigurosas en cuanto al comportamiento de los parques eólicos en la red, establecidas por las empresas de suministro de energía. Esto incluye por ejemplo el comportamiento de los parques eólicos frente a la red en caso de averías. Un ejemplo de tales averías son caídas de tensión que pueden producirse debido a un cortocircuito o por un fallo súbito de la potencia generadora.

El administrador del parque de un parque eólico actúa como sistema de control de nivel superior para las distintas plantas de energía eólica del parque eólico. Los requisitos del explotador del parque eólico y del explotador de la red de suministro de energía a la cual está conectado el parque eólico se transforman para ello en señales de control para las distintas plantas de energía eólica. Para este fin se trata de conseguir que el parque eólico cumpla los requisitos establecidos en su punto de enlace con la red de suministro de energía. Una función importante del administrador del parque es vigilar y regular la potencia entregada a la red, tanto en lo que se refiere a potencia activa como a potencia reactiva.

Por el documento WO 03/030329 se conoce un parque eólico que puede proporcionar una potencia total superior a la máxima potencia que se puede inyectar en la red. En este caso el sistema de control/regulación de una planta de energía eólica comprende una entrada de datos por medio de la cual se puede regular la potencia eléctrica dentro de un campo del 0 al 100% con relación a la potencia nominal. Esto permite limitar la potencia. Por otra parte se puede regular por medio de un regulador la potencia del generador en función de la tensión de la red. De este modo se pueden limitar por una parte todas las plantas de energía eólica cada una a una potencia máxima. Y por otra parte es posible limitar la potencia máxima del conjunto del parque eólico.

Una arquitectura de un software de control para un parque eólico se conoce por el artículo "Wind Farm Control Software Structure" de Jörgen Svensson y Per Karlsson (Abril 2002, páginas 1-15, International Workshop on Transmission Networks for Offshore Wind Farms) . ("Estructura del Software de Control para un Parque Eólico" de Jörgen Svensson y Per Karlsson (Abril 2002, páginas 1-15, Taller Internacional sobre Redes de Transmisión para Parques Eólicos Situados Fuera de la Costa) . Mediante el software se pueden explotar de forma independiente grupos de plantas de energía eólica de reacción lenta y de reacción rápida. Cada grupo tiene un bloque conductor propio, con lo cual se le asignan a los dos grupos unos puntos de funcionamiento distintos. De este modo se puede aprovechar el grupo de reacción rápida para provocar una reacción más rápida del parque eólico ante la variación de las demandas de potencia.

Un inconveniente de estas disposiciones conocidas es que a veces reaccionan muy lentamente ante el cambio de demandas. Si bien el administrador del parque está dotado por lo general de una potencia de cálculo suficientemente grande, sin embargo la transmisión de las señales de control a las distintas plantas de energía eólica requiere considerable tiempo. Aunque generalmente están previstas unas líneas de comunicación independientes, sin embargo se producen retrasos considerables. Los tiempos de retraso típicos son de 1 a 2 segundos para la transmisión a través de las líneas de comunicación, y de otros 0, 1 segundos para la conversión hasta que finalmente el convertidor puede convertir las señales. Debido a estos tiempos de retardo largos, el comportamiento del parque eólico no es óptimo cuando varían las demandas. Esto se refiere especialmente a condiciones que cambien con rapidez, tal como viento racheado. Por otra parte, debido a los largos tiempos de retardo pueden llegar a producirse oscilaciones en el comportamiento de regulación.

La invención tiene como objetivo proporcionar un parque eólico de la clase citada inicialmente y un procedimiento para su explotación con los cuales se eviten los inconvenientes antes citados, o por lo menos se reduzcan. La solución conforme a la invención se encuentra en las características de las reivindicaciones independientes. Unos perfeccionamientos ventajosos constituyen el objeto de las reivindicaciones dependientes.

De acuerdo con la invención, en un parque eólico que tenga una pluralidad de plantas de energía eólica que generen energía eléctrica para inyección en una red, y con un administrador del parque para el control de las plantas de energía eólica, donde las plantas de energía eólica comprenden un generador accionado por medio de un rotor, y donde el administrador del parque comprende una instalación de regulación de la potencia realizada en varios circuitos, donde un primer circuito actúa sobre un primer grupo de las plantas de energía eólica y un segundo circuito actúa sobre un segundo grupo de las plantas de energía eólica, está previsto que la instalación de regulación de potencia realizada en varios circuitos sea un regulador de potencia reactiva cuyo primer circuito presente un regulador rápido que tenga una dinámica considerablemente superior a la de un regulador lento de un segundo circuito, donde el regulador rápido reacciona más rápidamente ante los saltos de las magnitudes de conducción y/o de interferencia.

A continuación se explican algunos de los conceptos empleados:

Se entiende por generador una máquina que convierte energía mecánica en energía eléctrica. Esto incluye por igual máquinas de corriente continua como generadores para corriente alterna monofásica o polifásica. Se puede tratar de una máquina síncrona o de una máquina asíncrona. Por lo general hay un convertidor conectado al generador, pero esto no es forzoso. El convertidor está realizado preferentemente como convertidor doble. Puede estar realizado con diferentes tipologías, por ejemplo con un circuito de tensión intermedia, con circuito de intensidad intermedia o como convertidor directo.

Se entiende por administrador del parque una instalación de control que, como organismo de nivel superior actúa sobre las distintas plantas de energía eólica de un parque eólico. Por lo general está realizada para controlar la salida de la energía eléctrica generada por las plantas de energía eólica en un punto de enlace. También está realizada por lo general para recibir y convertir valores de consigna por parte del explotador del parque eólico o del explotador de la red eléctrica a la que está conectado el parque eólico. Para este fin el administrador del parque presenta una instalación de regulación de la potencia realizada en varios circuitos. Frecuentemente esta realizado como unidad de construcción independiente, pero no hay que excluir que pueda estar situado en una de las plantas de energía eólica del parque o que esté incluso totalmente integrado, de modo que se emplean ciertos componentes de modo común con el control de la planta de la planta de energía eólica que se ha de captar. Convenientemente la planta de energía eólica que se ha de captar está asignada al primer circuito rápido.

Se entiende por un grupo de plantas de energía eólica un número natural de plantas de energía eólica, siendo el número mínimo de 1 unidad.

Se entiende... [Seguir leyendo]

1. Parque eólico con una pluralidad de plantas de energía eólica (3, 3') que generan energía eléctrica para ser inyectada en una red, y con un administrador del parque (5) para controlar las plantas de energía eólica (3, 3') , presentando las plantas de energía eólica (3, 3') un generador (34, 34') accionado por medio de un rotor (32, 32') , y donde el administrador del parque (5) comprende una instalación de regulación de potencia realizada con varios circuitos, donde un primer circuito (I) actúa sobre un primer grupo (1) de las plantas de energía eólica (3') , y un segundo circuito (II) actúa sobre un segundo grupo (2) de las plantas de energía eólica (3) , caracterizado porque la instalación de regulación de potencia realizada con varios circuitos es un regulador de potencia reactiva, cuyo primer circuito (I) comprende un regulador rápido (51) que presenta una dinámica considerablemente superior a la de un regulador lento (52) del segundo circuito (II) , reaccionando el regulador rápido (51) con mayor rapidez ante los saltos de conducción y/o las magnitudes de avería.

2. Parque eólico según la reivindicación 1, caracterizado porque el circuito rápido y el circuito lento (I, II) están realizados en cascada.

3. Parque eólico según la reivindicación 2, caracterizado porque una señal de ajuste del regulador rápido (51) está conectada al regulador lento (52) como señal de conducción.

4. Parque eólico según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el regulador rápido (51) actúa directamente sobre los convertidores (37') de las plantas de energía eólica (3') del primer grupo (1) .

5. Parque eólico según la reivindicación 4, caracterizado porque la salida del regulador rápido (51) actúa sobre los convertidores (37') a través de unas líneas de transmisión independientes.

6. Parque eólico según la reivindicación 4, caracterizado porque la salida del regulador rápido (51) actúa sobre los convertidores (37') a través de una red independiente de datos de alta velocidad (9) .

7. Parque eólico según una de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque las plantas de energía eólica (3') del primer grupo (1) están situadas eléctricamente próximas a un punto de enlace (69) .

8. Parque eólico según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el regulador rápido (51) está realizado para compensar averías y el regulador lento (52) está realizado para obtener una precisión estacionaria.

9. Parque eólico según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque una magnitud de conducción está aplicada al regulador a través de una entrada de control (55) para valores especificados.

10. Parque eólico con una pluralidad de plantas de energía eólica (3, 3') que generan energía eléctrica para ser inyectada en una red, con un administrador del parque (5) para efectuar el control de las plantas de energía eólica (3, 3') , presentando las plantas de energía eólica (3, 3') un generador (34, 34') accionado por medio de un rotor (32, 32') y donde el administrador del parque comprende un regulador de potencia de una instalación de regulación de potencia realizada con varios circuitos, estando las plantas de energía eólica (3, 3') subdivididas en un primer y en un segundo grupo (1, 2) , un primer circuito (I) que actúa sobre el primer grupo (1) y un segundo circuito (II) que actúa sobre el segundo grupo (2) ,

caracterizado porque el regulador de potencia, como regulador lento (52) , es parte del segundo circuito (II) lento de una estructura de varios circuitos que actúa sobre el segundo grupo (2) , que presenta adicionalmente para el primer circuito (I) rápido un regulador rápido (51) con una dinámica considerablemente superior a la del regulador lento (52) , que reacciona con mayor rapidez ante los saltos de conducción y/o de la magnitud de interferencia y que actúa sobre el primer grupo (1) , siendo la instalación de regulación de potencia realizada en varios circuitos un regulador de potencia reactiva.

11. Procedimiento para la explotación de un parque eólico con una pluralidad de plantas de energía eólica (3, 3') que generan energía eléctrica para ser inyectada en una red, con un administrador del parque (5) para efectuar el control de las plantas de energía eólica (3, 3') , presentando las plantas de energía eólica cada una un generador (34, 34') accionado por medio de un rotor (32, 32') , y presentando el administrador del parque (5) una instalación de regulación de potencia, en la que un primer circuito (I) actúa sobre un primer grupo (1) de las plantas de energía eólica (3') y un segundo circuito (II) actúa sobre un segundo grupo (2) de las plantas de energía eólica (3) ,

comprendiendo los pasos de lectura de un valor de especificación, cálculo de los valores de ajuste para la potencia eléctrica de las plantas de energía eólica (3) que se ha de entregar a la red, conforme a un algoritmo de regulación, salida de los valores de ajuste a las plantas de energía eólica (3, 3') ,

caracterizado por el cálculo de un primer valor de consigna para la potencia que ha de ser entregada por un primer grupo (1) de plantas de energía eólica (3') en un primer circuito (I) del algoritmo de regulación, y el cálculo de un segundo valor de consigna para un segundo grupo (2) de plantas de energía eólica (3) en un segundo circuito (II) del algoritmo de regulación, estando previsto para el primer circuito (I) una dinámica considerablemente superior a la del segundo circuito (II) , presentando el segundo circuito (II) un regulador lento (52) , y el primer circuito (I) un regulador rápido (51) , reaccionando el regulador rápido (51) con mayor rapidez ante los saltos de conducción y/o de magnitud de una avería, siendo la instalación de regulación de potencia realizada en varios circuitos, un regulador de potencia reactiva.

12. Procedimiento según la reivindicación 11, caracterizado por la explotación de un parque eólico con las características según una de las reivindicaciones 1 a 9.