MÉTODO Y DISPOSITIVO DE CONVERSION PARA ENSAYAR AEROGENERADORES EN CAMPO.
Método y dispositivo de conversión (13) para ensayar aerogeneradores en campo.
El método comprende la conexión del aerogenerador (11) a una red eléctrica (15), ambos configurados para un voltaje nominal dado y una frecuencia nominal de 50 ó 60 Hz a través de un dispositivo de conversión (13) que permite la adaptación de las características de la red eléctrica (15) en el lado del aerogenerador de dicho dispositivo de conversión (11) a las condiciones requeridas por los ensayos a realizar al aerogenerador (11), incluyendo la adaptación de la frecuencia nominal de la red eléctrica (15) a la frecuencia nominal del aerogenerador (11), cuando son diferentes, para que puedan realizarse ensayos idénticos a aerogeneradores (11) configurados para diferentes frecuencias nominales en el mismo emplazamiento.
Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201101374.
Solicitante: GAMESA INNOVATION & TECHNOLOGY, S.L.
Nacionalidad solicitante: España.
Inventor/es: LINARES FANO,MIGUEL, RODRIGUEZ VAZQUEZ,Mikel, MARRERO SOSA,Juan Alberto.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- F03D7/00 MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA. › F03 MAQUINAS O MOTORES DE LIQUIDOS; MOTORES DE VIENTO, DE RESORTES, O DE PESOS; PRODUCCION DE ENERGIA MECANICA O DE EMPUJE PROPULSIVO O POR REACCION, NO PREVISTA EN OTRO LUGAR. › F03D MOTORES DE VIENTO. › Control de los motores de viento (alimentación o distribución de energía eléctrica H02J, p. ej. disposiciones para ajustar, eliminar o compensar la potencia reactiva en las redes H02J 3/18; control de generadores eléctricos H02P, p. ej. disposiciones para el control de generadores eléctricos con el propósito de obtener las características deseadas en la salida H02P 9/00).
- G01M15/00 FISICA. › G01 METROLOGIA; ENSAYOS. › G01M ENSAYO DEL EQUILIBRADO ESTATICO O DINAMICO DE MAQUINAS O ESTRUCTURAS; ENSAYO DE ESTRUCTURAS O APARATOS, NO PREVISTOS EN OTRO LUGAR. › Ensayos de motores.
- G01R31/42 G01 […] › G01R MEDIDA DE VARIABLES ELECTRICAS; MEDIDA DE VARIABLES MAGNETICAS (indicación de la sintonización de circuitos resonantes H03J 3/12). › G01R 31/00 Dispositivos para ensayo de propiedades eléctricas; Dispositivos para la localización de fallos eléctricos; Disposiciones para el ensayo eléctrico caracterizadas por lo que se está ensayando, no previstos en otro lugar (ensayo o medida de dispositivos semiconductores o de estado sólido, durante la fabricación H01L 21/66; ensayo de los sistemas de transmisión por líneas H04B 3/46). › de alimentación de corriente alterna.
- H02M5/42 ELECTRICIDAD. › H02 PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA ELECTRICA. › H02M APARATOS PARA LA TRANSFORMACION DE CORRIENTE ALTERNA EN CORRIENTE ALTERNA, DE CORRIENTE ALTERNA EN CORRIENTE CONTINUA O DE CORRIENTE CONTINUA EN CORRIENTE CONTINUA Y UTILIZADOS CON LAS REDES DE DISTRIBUCION DE ENERGIA O SISTEMAS DE ALIMENTACION SIMILARES; TRANSFORMACION DE UNA POTENCIA DE ENTRADA EN CORRIENTE CONTINUA O ALTERNA EN UNA POTENCIA DE SALIDA DE CHOQUE; SU CONTROL O REGULACION (transformadores H01F; convertidores dinamoeléctricos H02K 47/00; control de los transformadores, reactancias o bobinas de choque, control o regulación de motores, generadores eléctricos o convertidores dinamoeléctricos H02P). › H02M 5/00 Transformación de una potencia de entrada en corriente alterna en una potencia de salida en corriente alterna, p. ej. para cambiar la tensión, para cambiar la frecuencia, para cambiar el número de fases. › por convertidores estáticos.
Fragmento de la descripción:
MÉTODO Y DISPOSITIVO DE CONVERSION PARA ENSAYAR
AEROGENERADORES EN CAMPO
CAMPO DE LA INVENCiÓN
5
Esta invención se refiere a métodos y aparatos de ensayo de
aerogeneradores y, más en particular, a métodos y aparatos de ensayo para
validar nuevos modelos de aerogeneradores.
10 ANTECEDENTES DE LA INVENCiÓN
El emergente mercado de la energía eólica está generando
constantemente nuevos modelos y referencias de aerogeneradores cada vez
más potentes, competitivos y eficientes. El creciente número de referencias se
15 debe principalmente al despegue del mercado off-s ha re , al crecimiento
constante de los requerimientos de las conexiones con la red y a la demanda de
flexibilidad en nuevos mercados y en parques eólicos terrestres.
Los requerimientos de validación y certificación son cada vez más
numerosos y exigentes y como los aerogeneradores son cada vez más grandes
2 O Y potentes esos procesos se hacen más caros y complejos. Los fabricantes de
aerogeneradores han estado refinando y mejorando constantemente los
procesos de verificación y validación con el fin de minimizar las incertidumbres
técnicas, el costo y la disponibilidad en plazo del producto para el mercado.
Hoy en día, la validación y certificación de cada nuevo modelo de
25 aerogenerador requiere la fabricación, instalación y puesta en marcha de
prototipos reales para cada frecuencia de la red (50 ó 60 Hz) .
Para cumplir con estos requisitos, se han desarrollado bancos de
ensayos para ensayar aerogeneradores y componentes de aerogeneradores en,
sobre todo, laboratorios y plantas de fabricación para realizar una serie de
3 O ensayos, incluyendo ensayos para evaluar la adaptación del aerogenerador a
los requerimientos de la red (rangos de V/f, huecos de tensión, control del nivel
de armónicos, etc.) .
realización de ensayos de estado estacionario para, entre otras, finalidades de
validación y/o de certificación.
En una realización del método, dicha adaptación también comprende la
generación de fluctuaciones de tensión y/o frecuencia en períodos de tiempo
5 predeterminados em el lado del aerogenerador del dispositivo de conversión. De
esta manera se proporciona un método para la realización de ensayos de
estado cuasi-estaGionario para, entre otras, finalidades de validación.
En una realización del método, dicha adaptación también comprende la
generación de transitorios de tensión y/o frecuencia en períodos de tiempo
10 predeterminados Em el lado del aerogenerador del dispositivo de conversión. De
esta manera se proporciona un método para la realización de ensayos de
estado transitorio para, entre otras, finalidades de cumplimiento de los códigos
de red.
En otro aspecto, los objetos antes mencionados se consiguen con un
15 método para ensayar en campo un aerogenerador, estando configurado el
aerogenerador para proporcionar energía a un determinado voltaje nominal y a
una frecuencia nominal de 50 o 60 Hz, comprendiendo el método la conexión
del aerogenerador a una red eléctrica de un voltaje nominal dado y de una
frecuencia nominal de 50 o 60 Hz a través de un dispositivo de conversión que
2 O permite la adaptación de las características de la red eléctrica en el lado del
aerogenerador de dicho dispositivo de conversión a las condiciones requeridas
por los ensayos a realizar al aerogenerador, y a través de un generador de
huecos de tensión en el lado del aerogenerador de dicho dispositivo de
conversión; incluyendo dicha adaptación la adaptación de la frecuencia nominal
25 de la red eléctrica a la frecuencia nominal del aerogenerador, cuando son
diferentes; permitiendo dicho generador de huecos de tensión la generación de
transitorios de tensión en períodos de tiempo predeterminados en el lado del
aerogenerador de dicho dispositivo de conversión.
En una realización del método, dicha adaptación también comprende la
3 O estabilización de la tensión y la frecuencia en el lado del aerogenerador del
dispositivo de conversión y/o la generación de fluctuaciones de tensión y/o de
frecuencia en periíodos de tiempo predeterminados en el lado del aerogenerador
del dispositivo de conversión para las mismas finalidades mencionadas
anteriormente.
En un tercEr aspecto, los objetos antes mencionados se consiguen con
un dispositivo de conversión conectable entre uno o más aerogeneradores
5 instalados en un emplazamiento y una red eléctrica de una determinada tensión
nominal y de una frecuencia nominal de 50 o 60 Hz para la realización de
ensayos en Cé3lmpO de aerogeneradores; estando configurados los
aerogeneradores para proporcionar energía a una determinada tensión nominal
y a una frecuencia nominal de 50 o 60 Hz; comprendiendo el dispositivo de
10 conversión uno o más transformadores en el lado de la red, una o más unidades
convertidoras y uno o más transformadores en el lado del aerogenerador;
comprendiendo cada unidad convertidora un filtro de armónicos en el lado de la
red, un convertidor back-fo-back y un filtro de armónicos en el lado del
aerogenerador; comprendiendo el dispositivo de conversión medios de control
15 que permiten la adaptación de las características de la red eléctrica en el lado
del aerogenerador del dispositivo de conversión a las condiciones requeridas
por dichos ensayos; incluyendo dicha adaptación, la adaptación de la frecuencia
nominal de la red eléctrica a la frecuencia nominal del aerogenerador, cuando
son diferentes, para que puedan realizarse ensayos idénticos a
2 O aerogeneradores configurados para diferentes frecuencias nominales en el
mismo emplazamiemto.
El dispositivo de conversión también comprende como medios de
conexión, una celda de aerogenerador de media tensión, una celda de red de
media tensión y un interruptor de by-pass para facilitar su funcionamiento.
25 En una realización, los componentes del dispositivo de conversión están
dispuestos en módulos transportables siguiendo, particularmente, las siguientes
reglas: el convertidlor back-fo-back se asigna solo o conjuntamente con el filtro
armónico del lado de la red y con el filtro armónico del lado del aerogenerador a
un módulo; el tran:sformador del lado de la red y el transformador del lado del
30 aerogenerador se asignan solos o conjuntamente con, respectivamente, la celda
de red de media tEmsión y la celda de aerogenerador de media tensión y con,respectivamente, con el filtro armónico del lado de la red y con el filtro armónico
del lado del generador, a un módulo; la celda de red de media tensión y la celda
de aerogenerador de media tensión se asignan solas o conjuntamente con,
respectivamente, el transformador del lado de la red y el transformador del lado
del aerogenerador y con, respectivamente, con el filtro armónico del lado de la
5 red y el filtro armónico del lado del generador.
Ventajosamente, dichos módulos están acondicionados para las mismas
condiciones medio-ambientales que el aerogenerador.
Otras características deseables y las ventajas de la invención serán
evidentes a partir de la siguiente descripción detallada de la invención y de las
10 reivindicaciones, en relación con los dibujos adjuntos.
BREVE DESCRIPCiÓN DE LAS FIGURAS
La Figura 1 muestra esquemáticamente un dispositivo de conversión
15 conectado a una red eléctrica y a un aerogenerador para realizar ensayos en
campo al aerogenerador según la presente invención.
Las Figuras 2a, 2b y 2c muestran esquemáticamente diferentes estados
de conexión del dispositivo de conversión de acuerdo con la presente invención.
Las Figuras 3a y 3b son vistas esquemáticas de la conexión del
2 O dispositivo de conversión según la presente invención a aerogeneradores
colocados en diferentes posiciones en una rama de un parque eólico.
Las Figuras 4, 5 Y 6 muestran tres formas de realización del dispositivo
de conversión según la presente invención.
La Figura 7 muestra siete realizaciones modulares del dispositivo de
25 conversión según la presente invención.
La Figura 8 es un diagrama que muestra, respectivamente, los cursos de
la tensión y la frecuencia en ambos lados del dispositivo de conversión cuando
se lleva a cabo un ensayo según la presente invención.
Las Figuras 9a y 9b son diagramas que ilustran las referencias utilizadas
3 O para generar los cursos deseados de tensión y frecuencia en el lado del
aerogenerador del dispositivo de conversión...
Reivindicaciones:
1. Un método para ensayar en campo un aerogenerador (11) que proporciona energía a un determinado voltaje nominal y a una frecuencia nominal de 50 o 60 Hz, caracterizado porque comprende la etapa de conectar el aerogenerador (11) a una red eléctrica (15) de un voltaje nominal dado y de una frecuencia nominal de 50 o 60 Hz a través de un dispositivo de conversión (13) adaptando las características de la red eléctrica (15) en el lado del aerogenerador de dicho dispositivo de conversión (13) a las condiciones requeridas por los ensayos a realizar al aerogenerador (1 1) y caracterizado porque comprende la etapa de adaptar cuando son diferentes la frecuencia nominal de la red eléctrica (15) a la frecuencia nominal del aerogenerador (1 1) , realizándose ensayos idénticos a aerogeneradores (11) configurados para diferentes frecuencias nominales en el mismo emplazamiento.
2. Un método según la reivindicación 1, caracterizado porque la tensión nominal de la red eléctrica (15) y la del aerogenerador (11) están comprendidas entre 10-66 kv.
3. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 1-2, caracterizado porque dicha etapa de adaptación comprende la estabilización de la tensión y la frecuencia en el lado del aerogenerador del dispositivo de conversión (13) .
4. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 1-2, caracterizado porque dicha etapa de adaptación comprende la generación de fluctuaciones de tensión y/o frecuencia en períodos de tiempo predeterminados en el lado del aerogenerador del dispositivo de conversión (13) .
5. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 1-2, caracterizado porque dicha etapa de adaptación comprende la generación de transitorios de
tensión y/o frecuencia en períodos de tiempo predeterminados en el lado del aerogenerador del dispositivo de conversión (13) .
5 10 15 6.Un método para ensayar en campo un aerogenerador (11) que proporciona energía a un determinado voltaje nominal y a una frecuencia nominal de 50 o 60 Hz, caracterizado porque comprende la etapa de conectar el aerogenerador (11) a una red eléctrica (11) de un voltaje nominal dado y de una frecuencia nominal de 50 o 60 Hz a través de un dispositivo de conversión (13) adaptando las características de la red eléctrica (15) en el lado del aerogenerador de dicho dispositivo de conversión (13) a las condiciones requeridas por los ensayos a realizar al aerogenerador (11) , y a través de un generador de huecos de tensión (39) en el lado del aerogenerador de dicho dispositivo de conversión (13) y caracterizado porque comprende la etapa de adaptar cuando son diferentes la frecuencia nominal de la red eléctrica (15) a la frecuencia nominal del aerogenerador (11) , generando el generador de huecos de tensión (39) transitorios de tensión en períodos de tiempo predeterminados en el lado del aerogenerador de dicho dispositivo de conversión (13) .
2 O 7. Un método según la reivindicación 6, caracterizado porque la tensión nominal de la red eléctrica (15) y la del aerogenerador (11) están comprendidas entre 1 0-66 kv.
25 8. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 6-7, caracterizado porque dicha etapa de adaptación comprende la estabilización de la tensión y la frecuencia en el lado del aerogenerador del dispositivo de conversión (13) .
30 9. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 6-7, caracterizado porque dicha etapa de adaptación comprende la generación de fluctuaciones de tensión y/o de frecuencia en períodos de tiempo predeterminados en el lado del aerogenerador del dispositivo de conversión (13) .
10. Un dispositivo de conversión (13) conectable entre uno o más
aerogeneradores (1 1) instalados en un emplazamiento y una red eléctrica (15)
de una determinada tensión nominal y de una frecuencia nominal de 50 o 60 Hz
para la realización de ensayos en campo de aerogeneradores (1 1) que
5 proporcionan energía a una determinada tensión nominal y a una frecuencia
nominal de 50 o 60 Hz; caracterizado porque el dispositivo de conversión (13)
comprende uno o más transformadores en el lado de la red (21, 21', 21 JI ) ; una o
más unidades convertidoras (23, 23', 23") que comprenden un filtro de
armónicos en el lado de la red (31 , 31 ', 31 JI ) , un convertidor back-fo-back (33,
10 33', 33") y un filtro de armónicos en el lado del aerogenerador (35, 35', 35") ; uno
o más transformadores en el lado del aerogenerador (25, 25', 25") ; medios de
control que adaptan las características de la red eléctrica (15) en el lado del
aerogenerador del dispositivo de conversión (13) a las condiciones requeridas
por dichos ensayos, adaptando cuando son diferentes la frecuencia nominal de
15 la red eléctrica (15) a la frecuencia nominal del aerogenerador (1 1) realizándose
ensayos idénticos a aerogeneradores configurados para diferentes frecuencias
nominales en el mismo emplazamiento.
11 . Un dispositivo de conversión (13) según la reivindicación 10,
2 O caracterizado porque las tensiones nominales de la red eléctrica (1 5) y las del
aerogenerador (1 1) están comprendidas entre 10-66 kv.
12. Un dispositivo de conversión (13) según la reivindicación 11 ,
caracterizado porque los medios de conexión comprenden una celda de red de
25 media tensión (1 6) , una celda de aerogenerador de media tensión (1 8) y un
interruptor de by-pass (20) .
13. Un dispositivo de conversión (13) según cualquiera de las
reivindicaciones 10-1 2, caracterizado porque sus componentes están dispuestos
3 O en módulos transportables.
14. Un dispositivo de conversión (13) según la reivindicación 13, caracterizado porque dichos componentes están asignados a módulos diferentes de forma que el convertidor back-fo-back (33, 33', 33') es asignado solo o conjuntamente con el filtro armónico del lado de la red (31, 31', 31") Y el
filtro armónico del lado del aerogenerador (35, 35', 35") a un módulo; el transformador del lado de la red (21, 21', 21") Y el transformador del lado del aerogenerador (25, 25', 25") son asignados solos o conjuntamente con, respectivamente, la celda de red de media tensión (16) y la celda de aerogenerador de media tensión (18) y con, respectivamente, el filtro armónico del lado de la red (31, 31', 31") Y el filtro armónico del lado del generador (35, 35', 35") a un módulo; y la celda de red de media tensión (16) y la celda de aerogenerador de media tensión (18) son asignadas solas o conjuntamente con el transformador del lado de la red (21, 21', 21") Y el transformador del lado del aerogenerador (25, 25', 25") Y con, respectivamente, el filtro armónico del lado de la red (31, 31', 31") Y el filtro armónico del lado del generador (35, 35', 35") .
15. Un dispositivo de conversión (13) según la reivindicación 14, caracterizado porque dichos módulos están acondicionados para las mismas condiciones medio-ambientales que el aerogenerador (11) .
21 23 20 25 18
31 33 35
FIG.1
21 23 20 21 18
FIG.2b
21 23 20 21 18
FIG.2c
11
~
~
ltJ l2:1
[Y}-11
FIG.3a FIG.3b
FIG.4
33 35
13~
FIG.6
33 33 33 33
G]EGEGG]
18
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FIG.7
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I I I I I
U1 U2
I I I I I I I I
t1 12 t3 14t5tót7 t8 UO t t9
FIG.9a f1 f4 f5 f9 '10
t1 t2 t3 t4 t5 16 t7 te t10 t
t9
FIG.9b
FIG.10
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