Regulación de potencia reactiva y soporte de tensión para centrales de energía renovable.

Un procedimiento para controlar la salida de potencia reactiva y de tensión de una central que comprende una o más fuentes de potencia en base a uno o más requisitos asociados con un proveedor de electricidad,

comprendiendo el procedimiento:

generar una señal (132) de salida de regulador de VAR, por medio de un sistema (100) de regulador de VAR de lazo exterior, al menos en parte, en base a una señal (102) de control de potencia reactiva recibida de un proveedor de electricidad; controlar la salida de potencia reactiva y de tensión de las una o más fuentes de potencia, por medio de un sistema (200) de regulador de tensión de lazo interior, al menos en parte, en base a la señal (132) de salida de regulador de VAR generada; en el que el sistema (100) de regulador de VAR de lazo exterior es más lento para ajustar la señal de salida de VAR de lo que es el sistema de regulador de tensión de lazo interior para ajustar la salida de potencia reactiva; agregar la salida de potencia reactiva de las una o más fuentes de potencia; y, proporcionar la potencia reactiva agregada al proveedor de electricidad.

Regulación de potencia reactiva y soporte de tensión para centrales de energía renovable

La presente invención se refiere, en general, a la regulación de potencia, y, más particularmente, se refiere a la regulación de potencia reactiva y el soporte de tensión para las centrales de energía renovable.

Las fuentes de energía renovable, tal como los parques fotovoltaicos y eólicos, se están volviendo económicamente más viables a medida que van subiendo los precios de los combustibles fósiles tradicionales. La infraestructura de distribución (la red) de potencia eléctrica puede usarse para distribuir potencia a partir de las fuentes de energía renovable si se encuentra en su lugar el sistema de control adecuado para coordinar la potencia que se produce con la demanda del proveedor de electricidad. La demanda de potencia puede medirse y la señal de demanda puede usarse para controlar la cantidad de potencia que se suministra a la red eléctrica por la fuente renovable.

La potencia real se genera o se consume cuando la tensión y la corriente se encuentran en fase. La potencia reactiva se genera o se consume cuando la tensión y la corriente tienen un desfase de 90 grados. Una carga puramente capacitiva o puramente inductiva consumirá, en general, sólo potencia reactiva (con la excepción de pequeñas pérdidas resistivas) y no se transfiere una potencia real apreciable a la carga. La potencia reactiva se mide mediante una cantidad que se denomina voltiamperios reactivos, o VAR, la cual es una cantidad matemática conveniente debido a que la potencia aparente es el vector suma de los VAR y los vatios. La estabilidad de la red eléctrica está relacionada con la generación y/o el consumo de la potencia reactiva; por lo tanto, habitualmente es necesario controlar la salida de potencia reactiva a partir de la fuente de energía renovable para cumplir la demanda eléctrica, a la vez que se proporciona estabilidad para la red eléctrica.

Los procedimientos y sistemas de gestión de potencia reactiva previos regulan las indicaciones de VAR, las cuales se envían a las turbinas eólicas para controlar la producción de potencia reactiva instantánea de cada turbina eólica. Tales procedimientos y sistemas pueden cumplir con la demanda y estabilizar la red eléctrica generando potencia reactiva, pero no son capaces de tratar la regulación de tensión a corto plazo a partir de la fuente de energía o compensar la pérdida de potencia reactiva en las líneas de transmisión. Por lo tanto, existe una necesidad para la regulación de potencia reactiva y el soporte de tensión para las centrales de energía renovable. El documento US 2005/0194944 A1 da a conocer un sistema y procedimiento de compensación de potencia reactiva dinámica.

Una parte o la totalidad de las necesidades anteriores pueden tratarse por ciertas realizaciones de la invención. Ciertas realizaciones de la invención pueden incluir sistemas y procedimientos para proporcionar una regulación de potencia reactiva y soporte de tensión para las centrales de energía renovable.

De acuerdo con una realización a modo de ejemplo de la invención, se proporciona un procedimiento para controlar la salida de potencia reactiva y de tensión de una central de acuerdo con la reivindicación 1.

De acuerdo con otra realización a modo de ejemplo, se proporciona un sistema para controlar la salida de potencia reactiva y de tensión de una o más fuentes de potencia de acuerdo con la reivindicación 8.

Varias realizaciones, aspectos y características de la invención serán evidentes para los expertos en la técnica a partir de la siguiente descripción detallada, los dibujos adjuntos y las reivindicaciones adjuntas.

A continuación se hará referencia a los dibujos adjuntos, los cuales no se han dibujado necesariamente a escala, y en los que:

la figura 1 es un diagrama de bloques ilustrativo que muestra un sistema de regulador de potencia reactiva de acuerdo con una realización a modo de ejemplo de la invención.

La figura 2 muestra un diagrama de bloques ilustrativo de un sistema de regulador de tensión de acuerdo con una realización a modo de ejemplo de la invención.

La figura 3 es un diagrama de flujo de procedimiento de acuerdo con una realización a modo de ejemplo de la invención.

Las realizaciones de la invención se describirán con más detalle a continuación en el presente documento con referencia a los dibujos adjuntos, en los que se muestran las realizaciones de la invención. La presente invención puede, no obstante, incorporarse en muchas formas diferentes y no ha de interpretarse como limitada a las realizaciones que se exponen en el presente documento; en su lugar, las presentes realizaciones se proporcionan de tal modo que la presente divulgación será exhaustiva y completa, y transmitirá completamente el alcance de la invención para los expertos en la técnica. Números similares hacen referencia a elementos similares a través de la totalidad de la misma.

Ciertas realizaciones de la invención pueden coordinar la potencia reactiva y la tensión a partir de una central de potencia renovable de salida variable con los requisitos de un proveedor de electricidad. Por ejemplo, la salida en vatios de una central de potencia de fuente renovable puede variar con diferentes condiciones de funcionamiento (por ejemplo, la velocidad de la turbina eólica, el nivel de nubosidad, etc.) , y ciertas realizaciones de la invención pueden mantener la cantidad adecuada de regulación de tensión y de soporte de VAR (voltiamperios reactivos) . Los VAR pueden estar indicados por el proveedor de electricidad, de tal modo que los VAR que se producen pueden coordinarse con otros equipos de regulación de tensión dentro de la zona de control de la central de energía renovable.

De acuerdo con una realización a modo de ejemplo de la invención, un lazo de regulador de tensión interior puede regular la tensión local para la central de energía renovable. La salida del lazo de tensión puede indicar la potencia reactiva para un dispositivo de inversor que puede producir la potencia reactiva requerida. De acuerdo con una realización a modo de ejemplo, la coordinación de una salida de potencia real fluctuante de una central fotovoltaica o eólica para una subestación de distribución puede estabilizarse por medio de un control de tensión adecuado. Los VAR que se producen pueden alterar la tensión de la central renovable, de tal modo que el regulador de lazo interior es capaz de mantener un tensión relativamente constante cuando se mide a lo largo de unos periodos de tiempo cortos. De acuerdo con una realización a modo de ejemplo, un regulador de VAR de lazo exterior puede usarse para que los proveedores de servicios públicos ajusten la salida de VAR neta de la central. De acuerdo con las realizaciones a modo de ejemplo de la invención, el regulador de VAR de lazo exterior puede ser más lento que el regulador de tensión de lazo interior, y la salida de regulador de VAR puede proporcionar una indicación de tensión para el regulador de tensión. El regulador de VAR puede ajustar lentamente la salida de VAR de la central mientras que el regulador de tensión de lazo interior puede evitar que las fluctuaciones de potencia a partir del recurso variable tengan un efecto adverso sobre la tensión que se envía al proveedor de electricidad. El proveedor de electricidad puede indicar la potencia reactiva para la central, de tal modo que el soporte de VAR puede usarse por otro equipo que puede estar regulando la tensión o el factor de potencia a una distancia con respecto a la central de energía renovable. Ciertas realizaciones de la invención pueden facilitar la instalación de una central energética renovable en un sistema de proveedor de electricidad que ya emplee alguna forma de un regulador de tensión.

De acuerdo con ciertas realizaciones a modo de ejemplo de la invención, la salida de potencia reactiva a partir de la (s) fuente (s) de energía renovable puede coordinarse usando un sistema de control que tiene un regulador de tensión de reacción rápida como un lazo interior, y un sistema de regulador de VAR más lento como un lazo exterior. La figura 1 muestra un diagrama de bloques ilustrativo de un sistema 100 de regulador de VAR de lazo exterior a modo de ejemplo, y la figura 2 es un diagrama de bloques de un sistema 200 de regulador de tensión de lazo interior a modo de ejemplo, de acuerdo con las realizaciones a modo de ejemplo de la invención.

De acuerdo con... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para controlar la salida de potencia reactiva y de tensión de una central que comprende una o más fuentes de potencia en base a uno o más requisitos asociados con un proveedor de electricidad, comprendiendo el procedimiento:

generar una señal (132) de salida de regulador de VAR, por medio de un sistema (100) de regulador de VAR de lazo exterior, al menos en parte, en base a una señal (102) de control de potencia reactiva recibida de un proveedor de electricidad; controlar la salida de potencia reactiva y de tensión de las una o más fuentes de potencia, por medio de un sistema (200) de regulador de tensión de lazo interior, al menos en parte, en base a la señal (132) de salida de regulador de VAR generada; en el que el sistema (100) de regulador de VAR de lazo exterior es más lento para ajustar la señal de salida de VAR de lo que es el sistema de regulador de tensión de lazo interior para ajustar la salida de potencia reactiva; agregar la salida de potencia reactiva de las una o más fuentes de potencia; y, proporcionar la potencia reactiva agregada al proveedor de electricidad.

2. El procedimiento de la reivindicación 1, que además comprende compensar la salida de potencia reactiva de las una o más fuentes de potencia para corregir la pérdida en una línea de transmisión que proporciona la potencia reactiva agregada al proveedor de electricidad.

3. El procedimiento de cualquier reivindicación anterior, en el que el control de la salida de potencia reactiva y de tensión de las una o más fuentes de potencia comprende limitar (104) la velocidad de respuesta de la señal (102) de control de potencia reactiva.

4. El procedimiento de cualquier reivindicación anterior, en el que el control de la salida de potencia reactiva y de tensión de las una o más fuentes de potencia comprende limitar la tensión máxima y mínima de la señal (132) de salida de regulador de VAR.

5. El procedimiento de cualquier reivindicación anterior, en el que el control de la salida de potencia reactiva y de tensión de las una o más fuentes de potencia se basa adicionalmente, al menos en parte, en una señal (222) de realimentación de tensión de lado de alta a partir de un dispositivo que mide uno o más tensións de fase de la central.

6. El procedimiento de cualquier reivindicación anterior, en el que el control de la salida de potencia reactiva y de tensión de las una o más fuentes de potencia se basa además en dividir (254) una señal (250) de potencia reactiva neta por un número (252) que representa la suma de inversores en línea asociados con las una o más fuentes de potencia.

7. El procedimiento de cualquier reivindicación anterior, en el que la provisión de la potencia reactiva agregada al proveedor de electricidad se realiza en respuesta a una o más señales recibidas del proveedor de electricidad.

8. Un sistema para controlar la salida de potencia reactiva y de tensión de una o más fuentes de potencia en base a uno o más requisitos asociados con un proveedor de electricidad, comprendiendo el sistema:

una o más fuentes de potencia; un controlador de potencia reactiva que comprende:

un regulador (100) de potencia reactiva operable para:

recibir una señal (102) de control de potencia reactiva del proveedor de electricidad; y, generar una referencia de tensión de la señal (132) de salida de regulador de VAR, por medio de un sistema (100) de regulador de VAR de lazo exterior, al menos en parte, en base a la señal (102) de control de potencia reactiva;

y, un regulador de tensión (200) operable para:

recibir la referencia de tensión de la señal (132) de salida de regulador de VAR generada por el regulador (100) de potencia reactiva; recibir una referencia (222) de tensión a partir del proveedor de electricidad; y, ajustar la salida de potencia reactiva de las una o más fuentes de potencia, por medio de un sistema (200) de regulador de tensión de lazo interior, en respuesta a la referencia de tensión de la señal (132) de salida de regulador de VAR recibida a partir del regulador

(100) de potencia reactiva o la referencia (222) de tensión recibida a partir del proveedor de electricidad; en el que el sistema (100) de regulador de VAR de lazo exterior es más lento para ajustar la señal de salida de VAR de lo que es el sistema de regulador de tensión de lazo interior

para ajustar la salida de potencia reactiva; un sumador para sumar la salida de potencia real y reactiva a partir de las una o más fuentes de potencia; y, un dispositivo de transmisión para transmitir la potencia real y reactiva agregada al

proveedor de electricidad.

9. El sistema de la reivindicación 8, en el que las una o más fuentes de potencia comprenden al menos una de lo siguiente: una célula fotovoltaica, una célula de combustible, una batería o una turbina eólica.

10. El sistema de la reivindicación 8 o la reivindicación 9, en el que el regulador (100) de potencia reactiva es

operable adicionalmente para compensar la salida de potencia reactiva de las una o más fuentes de potencia para 10 corregir la pérdida en el dispositivo de transmisión.

11. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, en el que el regulador (100) de potencia reactiva puede hacerse funcionar adicionalmente para generar la referencia de tensión de la señal (132) de salida de regulador de VAR, al menos en parte, en base a una señal (126) de realimentación asociada con una medición de la potencia reactiva agregada.

12. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 8 a 11, en el que el regulador (100) de potencia reactiva comprende un control (130) proporcional integral (PI) para filtrar la referencia de tensión de la señal (132) de salida de regulador de VAR para el regulador de tensión (200) .

13. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 8 a 12, en el que el regulador de tensión (200) es operable además para ajustar la salida de potencia reactiva de las una o más fuentes de potencia dividiendo (254) una señal

(250) de potencia reactiva neta por un número (252) que representa la suma de inversores en línea asociados con las una o más fuentes de potencia.

FIG 3