Procedimiento de control de parques eólicos y parque eólico controlado por dicho procedimiento.

Un procedimiento de control de la potencia producida por un parque eólico (12),

comprendiendo dichoprocedimiento:

la regulación de la potencia (24) activa producida por el parque eólico de acuerdo con una señal dereferencia de potencia aparente (Ssetpoint): y caracterizado porque comprende

la regulación de un factor (30) de potencia del parque eólico de acuerdo con una señal de referencia delfactor de potencia (PFsetpoint), excepto durante periodos en los cuales se produce una aproximación a o sesobrepasa la señal de referencia de potencia aparente (Ssetpoint), reduciendo una magnitud de un ángulo dela señal de referencia del factor de potencia (PFsetpoint) hacia cero y la regulación del factor de potencia (PF)del parque eólico (12) de acuerdo con la magnitud del ángulo de la señal de referencia del factor depotencia reducida.

Procedimiento de control de parques eólicos y parque eólico controlado por dicho procedimiento La presente invención se refiere, en general, a los sistemas de generación de energía de turbinas eólicas y, más concretamente, a unos procedimientos y a unos aparatos de control de la potencia generada por aquellas y a los sistemas de generación de energía de turbinas eólicas controlados por dichos procedimientos y aparatos.

Es un deseo común regular y / o limitar la potencia aparente de las plantas de energía eólica (en lo sucesivo designadas como “parques eólicos”) . De no ser así, la potencia generada por el parque eólico variará con la potencia captada por las palas de cada turbina, y esa potencia varía con y la potencia captada depende en gran medida de la velocidad del tiempo en ese momento. La potencia puede ser regulada, por ejemplo, espaciando las palas de las turbinas eólicas o rotando el eje geométrico del rotor a distancia de la dirección del viento.

Un procedimiento de control de la potencia producida por el parque eólico se divulga en el documento US 2005/0042098.

La potencia de salida de un parque eólico se puede caracterizar, al menos en parte, por una potencia aparente. La potencia aparente es la suma de la potencia efectiva, real, medida en vatios y disipada a través de una carga resistiva, y la potencia reactiva, medida en VARs. La suma de los cuadrados de la potencia real y de la potencia reactiva es igual al cuadrado de la potencia aparente. Muchos usos de parques eólicos requieren que la potencia aparente, esto es, los voltios por los amperios, sea limitada a una cantidad escalar. Sin embargo, para un cable, la transmisión de potencia se corresponde con el voltaje y el amperaje. A menudo es necesario limitar el amperaje aplicado sobre la línea de transmisión, porque es esta cantidad la que determina el calentamiento de los componentes o de la propia línea de transmisión y la que provoca que los interruptores automáticos se disparen. Así, a veces es conveniente limitar la potencia aparente para evitar situaciones de sobrecargas en determinados emplazamientos a lo largo de una línea de transmisión o para impedir la sobrecarga de una pieza del equipamiento en régimen de Voltioamperios. Si el régimen de voltaje se sobrepasa, el equipamiento eléctrico fallará y echará chispas. Si el régimen de amperaje se sobrepasa el componente se sobrecalentará. De esta manera puede ser útil limitar la potencia aparente y el factor de potencia.

Diversos aspectos y formas de realización de la presente invención se definen mediante las reivindicaciones adjuntas.

Se debe apreciar que diversas configuraciones de la presente invención permiten que se produzca una potencia incrementada o incluso máxima durante periodos de fuerte viento y una transferencia sin costuras hacia el factor de potencia correcta durante el periodo de vientos más débiles.

A continuación se describirá la invención con mayor detalle, a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos, en los que:

La Figura 1 es un diagrama de bloques gráfico de un sistema de parque eólico regulado.

La Figura 2 es un gráfico que muestra la salida de una función de repliegue como una función de la potencia aparente medida con un umbral de un 5%.

La Figura 3 es un gráfico que muestra la producción de potencia activa por unidad del parque eólico de la Figura 1.

Según se utilizan en la presente memoria, todas las señales que se refieren a valores o mediciones de un sistema son consideradas como “señales indicativas de” los valores o las mediciones. Dichas señales pueden estar a escala, desplazadas o mapeadas de una manera apropiada como elección de diseño para facilitar el diseño del circuito. Una “señal indicativa de” un valor o medición puede ser, por ejemplo, un voltaje analógico procedente de un dispositivo de control o medición o un valor digital almacenado en una memoria o medido utilizando un instrumento de medición digital. A menos que se indique lo contrario, dicha señal puede incluir un factor de escala, un desplazamiento, u otro mapeo como elección de diseño para facilitar la implantación de los bloques funcionales del conjunto de circuitos descrito en la presente memoria.

En algunas configuraciones de la presente invención y con referencia a la Figura 1, un sistema 10 de control de parque eólico para un parque eólico 12 que comprende una o más turbinas eólicas 14, incluye un bucle 16 de control de potencia aparente y un bucle 18 de control de factor de potencia. El bucle 16 de control de potencia aparente regula la potencia activa del parque eólico 12 de acuerdo con la señal de referencia de potencia aparente. El bucle 18 de control de factor de potencia regula un factor de potencia del parque eólico de acuerdo con una señal de referencia de factor de potencia, excepto porque, durante los periodos en los cuales se produce una aproximación a o se sobrepasa, la señal de referencia de potencia aparente es aproximada o se sobrepasa, la magnitud de un ángulo de una señal de referencia de factor de potencia se reduce a cero, y el bucle de control de factor de potencia regula el factor de potencia del parque eólico 12 de acuerdo con la magnitud reducida del ángulo de señal de referencia de factor de potencia.

La potencia aparente, designada en la presente memoria como S, se mide mediante un instrumento de medición apropiado (no mostrado en las figuras) , en un punto 20, en una salida del parque eólico 12 en la que una potencia total agregada sumada procedente de las una o más turbinas eólicas 14 está eléctricamente conectada a una red eléctrica (no mostrada con detalle en la Figura 1) . La potencia aparente del parque eólico es controlada mediante la reducción de un componente de potencia activa, designado en la presente memoria como P, de la potencia aparente eléctrica del parque eólico 12. Debido a que el bucle 16 de control de la potencia aparente está configurado para reducir solo un componente de potencia activa para regular la potencia aparente, es posible la regulación simultánea del factor de potencia mediante el bucle 18 de control del factor de potencia, estando el factor de potencia relacionado con las cantidades relativas de la potencia activa y de la potencia reactiva.

Más en concreto, una señal indicativa de una señal de referencia de la potencia aparente, Ssetpoint, es introducida en el bucle 16 de control de la potencia aparente. Esta señal es convertida en un comando de potencia activa en el bloque 20, que es un comando indicativo del valor la raíz cuadrada de (S2setpoint - Q2measured ) . Este comando es, por tanto, indicativo del número efectivo de vatios que van a ser producidos, P, donde S2 = p2 + Q2. El comando de potencia activa se modifica por la sustracción efectiva por la potencia activa medida del sistema, Pmeasured en un bloque 22 de sustracción, y el resultado introducido en un regulador de la potencia activa, como por ejemplo un integrador proporcional (Pl) 24 de la potencia activa. La salida es un comando de potencia activa que es enviado al parque eólico 12. Aunque no se muestra de manera explícita en la Figura 1, el comando de potencia activa enviado al parque eólico 12 es distribuido a una o más turbinas eólicas 14 para efectuar un cambio en la potencia de salida. En algunas configuraciones de la presente invención, el comando de potencia activa puede comprender una pluralidad de comandos configurada para efectuar diferentes cambios en la potencia de salida procedente de cada turbina eólica.

Más en concreto, una relación entre la potencia aparente, la potencia activa y la potencia reactiva y el factor de potencia se manifiesta como:

S= potencia aparente (en VA) .

P = potencia activa (en vatios) .

Q = potencia reactiva (en VARS) , y

S2 = P2 + Q2

Un ángulo de potencia (<) se define como una relación geométrica entre los componentes de la potencia reactiva y de la potencia activa concretado en:

r = tan-1 (Q / P) .

Un factor de potencia, PF, se define entonces como el coseno del ángulo de potencia <:

PF = cos (r) .

Debido a que el factor de potencia, PF, establece directamente una correspondencia con el ángulo de potencia <, no existe diferencia, por lo que respecta a la presente invención, entre la regulación de un factor de potencia de un parque eólico de acuerdo con una señal de referencia del factor de potencia, por un lado, y la regulación del factor de potencia de acuerdo con la magnitud del ángulo de la señal de referencia del factor de potencia, por el otro. Así mismo, mediante la reducción de la magnitud del ángulo de la señal de referencia del factor de potencia,... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento de control de la potencia producida por un parque eólico (12) , comprendiendo dicho procedimiento:

la regulación de la potencia (24) activa producida por el parque eólico de acuerdo con una señal de referencia de potencia aparente (Ssetpoint) : y caracterizado porque comprende la regulación de un factor (30) de potencia del parque eólico de acuerdo con una señal de referencia del factor de potencia (PFsetpoint) , excepto durante periodos en los cuales se produce una aproximación a o se sobrepasa la señal de referencia de potencia aparente (Ssetpoint) , reduciendo una magnitud de un ángulo de la señal de referencia del factor de potencia (PFsetpoint) hacia cero y la regulación del factor de potencia (PF) del parque eólico (12) de acuerdo con la magnitud del ángulo de la señal de referencia del factor de potencia reducida.

2. Un procedimiento de acuerdo con la Reivindicación 1, en el que dicha reducción de la magnitud del ángulo de la señal de referencia del factor de potencia (PFsetpoint) hacia cero comprende también el repliegue de un ángulo de la señal de referencia del factor de potencia que utiliza una función dependiente de la potencia aparente medida, de la señal de referencia de la potencia aparente y de un umbral de repliegue.

3. Un procedimiento de acuerdo con la Reivindicación 2, en el que la función dependiente de una relación de la potencia aparente (S) con la señal de referencia de la potencia aparente (Ssetpoint) reduce el ángulo de la señal de referencia del factor de potencia solo cuando la potencia aparente medida del parque eólico es mayor que la señal de referencia de la potencia aparente.

4. Un procedimiento de acuerdo con la Reivindicación 3, en el que la reducción es una reducción lineal en función de la potencia aparente (S) .

5. Un procedimiento de acuerdo con la Reivindicación 3, en el que la reducción es una disminución monótona a cero y se fija en cero cuando la potencia aparente (S) alcanza o sobrepasa la señal de referencia de la potencia aparente (Ssetpoint) .

6. Un parque eólico (12) regulado, que comprende:

una o más turbinas eólicas (14) que presentan una salida combinada acoplada a una red eléctrica;

unos instrumentos (20, 32) de medición configurados para proporcionar mediciones de al menos una potencia aparente y un factor de potencia; y caracterizado porque comprende:

un bucle (16) de control de la potencia aparente sensible a una señal de referencia de la potencia aparente (Ssetpoint) y una potencia aparente medida (S) para proporcionar unos comandos (24) de potencia a las una o más turbinas eólicas para regular la salida de potencia activa del parque eólico hacia la señal de referencia de la potencia aparente; y

un bucle (18) de control del factor de potencia sensible a la potencia aparente (S) medida y el factor de potencia medida para regular un factor de potencia del parque eólico (12) con una señal de referencia del factor de potencia (PFsetpoint) , incluyendo también dicho bucle del factor de potencia una función de repliegue del factor de potencia para que, durante los periodos en los cuales se produce una aproximación a, o se sobrepasa, la señal de referencia de potencia aparente, una magnitud del ángulo de la señal de referencia del factor de potencia se reduce hacia cero y dicho bucle de control del factor de potencia regula el factor de potencia del parque eólico de acuerdo con la magnitud del ángulo de la señal de referencia del factor de potencia reducida.

7. Un parque eólico (12) de acuerdo con la Reivindicación 6, en el que, para reducir la magnitud del ángulo de la señal de referencia del factor de potencia (PFsetpoint) hacia cero, dicho sistema (10) de control está también configurado para replegar un ángulo de la señal de referencia del factor de potencia que utiliza un bloque (28) de circuitos configurado para efectuar un repliegue dependiendo de la potencia aparente medida, de la señal de referencia de la potencia aparente y de un umbral de repliegue.

8. Un parque eólico (12) de acuerdo con la reivindicación 7, en el que el bloque (28) de circuitos está configurado para efectuar un repliegue dependiendo de una relación de la potencia aparente con la señal de referencia de la potencia aparente (Ssetpoint) y está configurado para reducir el ángulo de la señal de referencia del factor de potencia solo cuando la potencia aparente medida es mayor que la señal de referencia de la potencia aparente.

9. Un parque eólico (12) de acuerdo con las Reivindicaciones 7 u 8, en el que el repliegue es una disminución monótona a cero y el bloque de circuitos configurado para efectuar un repliegue dependiente de una relación de potencia aparente sobre la señal de referencia de la potencia aparente (Ssetpoint) está configurado para fijar el repliegue en cero cuando la potencia aparente alcance o sobrepase la señal de referencia de la potencia aparente.