Método y Módulo para medir la tasa de cambio de frecuencia de las formas de onda relacionadas con las unidades de convertidor de los aerogeneradores.

Método y módulo para medir la tasa de cambio de frecuencia de una forma de onda relacionada con una unidad de convertidor de un aerogenerador,

que consiste en: medir un valor instantáneo de dicha tasa de cambio de frecuencia de la forma de onda, calcular un primer valor filtrado de dicha tasa de cambio de frecuencia, teniendo dicho primer valor filtrado una buena precisión pero una baja respuesta temporal, y calcular un segundo valor filtrado de dicha tasa de cambio de frecuencia, teniendo dicho segundo valor filtrado una buena respuesta temporal pero poca precisión, comparar dicho primer y segundo valor filtrado y seleccionar que un valor de salida de dicha tasa de cambio medido está basado en dicho primer o segundo valor filtrado dependiendo de dicha comparación.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201200454.

Solicitante: GAMESA INNOVATION & TECHNOLOGY, S.L.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: JIMENEZ BUENDIA,Francisco.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • G01R23/00 SECCION G — FISICA.G01 METROLOGIA; ENSAYOS.G01R MEDIDA DE VARIABLES ELECTRICAS; MEDIDA DE VARIABLES MAGNETICAS (indicación de la sintonización de circuitos resonantes H03J 3/12). › Dispositivos para realizar medidas de frecuencia; Dispositivos para realizar análisis de espectros de frecuencia.

Fragmento de la descripción:

MÉTODO Y MÓDULO PARA MEDIR LA TASA DE CAMBIO DE FRECUENCIA DE LAS FORMAS DE ONDA RELACIONADAS CON LAS UNIDADES DE CONVERTIDOR DE LOS AEROGENERADORES

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención hace referencia a un método y un módulo de medida de la tasa de cambio de frecuencia de las formas de onda relacionadas con las unidades de convertidor, preferiblemente de los aerogeneradores.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Los módulos de controlador y los sistemas de las unidades de convertidor de los aerogeneradores requieren un funcionamiento preciso que mantenga una buena respuesta temporal.

Para medir la tasa de cambio de frecuencia los anteriores documentos sobre la materia describen la medida analógica y la digital. US003032715 describe una medida de frecuencia analógica por CCU con código estructural. GB2159963 describe un sistema de medida basado en el recuento del periodo de la forma de onda de la tensión usado en los relés más avanzados para medir la tasa de cambio de frecuencia.

El uso de relés para medir parámetros relacionados con frecuencias es bien conocido. En los sistemas eléctricos, un relé de tasa de cambio detecta los cruces por cero de la tensión de un generador. El relé a continuación mide el tiempo entre los cruces por cero y calcula una nueva frecuencia tras cada cruce por cero. En caso de que la frecuencia cambie demasiado el relé se disparará. Este método es, sin embargo, muy sensible al ruido de la forma de onda de la tensión y normalmente requiere varias formas de onda de la tensión para poder determinar una medida. Además, los relés están diseñados conceptualmente para detectar cambios de vector en lugar de la tasa de cambio de las formas de onda.

Otros métodos conocidos se basan en medidas de frecuencia. Por ejemplo, US2007136013 describe varias medidas de frecuencia que permiten el cálculo de la derivada finita de dichas frecuencias. En este documento se describe un método finito con puntos de medida espaciados en periodos de medio ciclo. Con tales medidas como entradas, el método determina posteriormente la derivada de tiempo restando dos medidas consecutivas y dividiendo el resultado entre la mitad del periodo, o finalmente la inversa del valor de la frecuencia medida.

Otro método conocido en la técnica consiste en emplear la frecuencia medida por la unidad de convertidor mediante avanzados bucles de enganche de fase (PLL) . Dichos bucles de enganche de fase calculan el ángulo y la frecuencia de la forma de onda de la tensión con una precisión correcta. Posteriormente, el método de cálculo de la tasa de cambio de frecuencia (ROCOF) se basará en la derivada de la medida de la frecuencia a partir del PLL de la unidad de control del convertidor. Las consideraciones matemáticas para extraer dichos resultados se basan principalmente en dos métodos, bien calcular la derivada de los valores de frecuencia de la tensión de red mediante diferencias finitas, o bien calcular la segunda derivada de los valores de ángulo de la tensión de red mediante funciones de derivada.

Al medir la tasa de cambio (ROCOF) el ruido es un problema crítico. Este ruido proviene de la tensión de la red y también de los armónicos de la tensión de la red. Además, la naturaleza derivada del ROCOF hace que el ruido se amplifique e incluso empeore dicho problema crítico.

Por lo tanto, un objeto de la presente invención es proporcionar un método y sistema de medida que sea estable y no se vea afectado por el ruido. Dentro del marco de las estrategias de eliminación de ruido puede surgir otra serie de problemas, como por ejemplo la discontinuidad de las formas de onda de salida medidas.

Las unidades controladoras de los aerogeneradores deben medir la frecuencia y la tasa de frecuencia de las variables, preferiblemente las formas de onda de tensión de las unidades de convertidor de los aerogeneradores. El funcionamiento de dichas unidades controladoras requiere una rápida respuesta temporal, normalmente un intervalo de entre 400 y 200 ms o incluso menos. Esto resulta difícil de conseguir si se requiere al mismo tiempo una precisión correcta.

En los sistemas de aerogenerador hay un elemento de compensación entre la precisión y la respuesta temporal del ROCOF. Estos dos requisitos son por lo general contradictorios porque el aumento de la precisión requiere un filtrado, que también aumenta la respuesta temporal.

Por consiguiente, es también otro obj eto de la presente invención proporcionar un método y módulo de medida que pueda ser preciso y a su vez tener una rápida respuesta temporal para controlar la unidad de convertidor de un aerogenerador.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

Algunos de los objetos y problemas mencionados anteriormente se resuelven mediante un método y módulo de acuerdo con la presente invención. Concretamente, la presente invención describe un método para medir la tasa de cambio de frecuencia de una forma de onda relacionada con una unidad de convertidor de un aerogenerador, dicho método comprende los pasos consistentes en la medida de un valor instantáneo de un valor de frecuencia de dicha forma de onda relacionada con dicha unidad de convertidor, el cálculo de un primer valor filtrado (ROCOF-F1) de dicha tasa de cambio de frecuencia (ROCOF) basado en dicho valor de frecuencia instantáneo, teniendo dicho primer valor filtrado (ROCOF-F1) un error de medida inferior a un primer error de medida predeterminado (DB-ROCOF-F1) , teniendo dicho primer valor filtrado (ROCOF-F1) una respuesta temporal más lenta que un requisito de respuesta temporal predeterminado (t1) , y el cálculo de un segundo valor filtrado (ROCOF-F2) de dicha tasa de cambio de frecuencia (ROCOF) basado en dicho valor de frecuencia instantáneo, teniendo dicho segundo valor filtrado (ROCOFF1) un segundo error de medida (DB-ROCOF-F2) superior a dicho primer error de medida predeterminado (DB-ROCOF-F1) , teniendo dicho segundo valor filtrado (ROCOF-F2) una respuesta temporal más rápida que dicho requisito de respuesta temporal predeterminado (t1) , y el cálculo de un valor de comparación (Comp) entre dicho primer valor filtrado (ROCOF-F1) y dicho segundo valor filtrado (ROCOFF2) , y la determinación de que un valor de salida (ROCOFCNT) de dicha tasa de cambio medida está basado en dicho primer valor filtrado (ROCOF-F1) cuando dicho valor de comparación (Comp) se mantiene inferior o se vuelve inferior a un nivel de umbral predeterminado, y la determinación de que dicho valor de salida (ROCOF-CNT) de dicha tasa de cambio medida está basado en dicho segundo valor filtrado (ROCOF-F2) cuando dicho valor, de comparación (Comp) se vuelve superior a dicho nivel de umbral predeterminado, en el que dicho umbral predeterminado se determina en función de dicho segundo error de medida predeterminado (DB-ROCOF-F2) .

Preferiblemente el paso consistente en calcular un valor de comparación (Comp) incluye el cálculo del valor absoluto (Abs-Comp) de la diferencia entre el primer

(ROCOF-F1) y segundo (ROCOF-F2) valor filtrado.

Ventaj osamente, el método determina que dicho valor de salida (ROCOF-CNT) es cero cuando un valor absoluto de dicho primer valor filtrado (ROCOF-F1) es inferior a dicho primer error de medida predeterminado (DB-ROCOF-F1) , y determina que dicho valor de salida (ROCOF-CNT) se convierte en el primer valor filtrado (ROCOF-F1) cuando el valor absoluto de dicho primer valor filtrado (RECOF-F1) se vuelve superior a dicho primer error de medida predeterminado (DB-ROCOF-F1) mientras el valor absoluto (Abs-Comp) de dicha comparación es inferior a dicho umbral predeterminado, y el método determina asimismo que dicho valor de salida (ROCOF-CNT) se convierte en el segundo valor filtrado (ROCOF-F2) cuando dicho valor absoluto (Abs-Comp) de dicha diferencia es superior a dicho umbral predeterminado, y una vez que el valor de salida (ROCOFCNT) se ha convertido en el segundo valor filtrado (ROCOF_F2) , se determina que dicho valor de salida (ROCOF

CNT) es el primer valor filtrado (ROCOF-F1) cuando dicho valor absoluto (Abs-Com) de dicha diferencia se vuelve inferior a dicho segundo umbral predeterminado.

Los valores preferibles para el umbral predeterminado son el segundo error de medida predeterminado (DB-ROCOF-F2) del segundo filtro (F2) , y podría encontrarse específicamente entre 0, 125 y 0, 5 milihercios por segundo.

Por otra parte, dicho umbral predeterminado podría corresponder a un valor de histéresis (DB-ROCOF-D2-HYS) que sea preferiblemente el doble del segundo error de medida predeterminado (DB-ROCOF-D2) .

Además, otros pasos deseables podrían incluir el alisado de los valores de salida medidos (ROCOF-CNT) con una función de filtrado, siendo preferible...

 


Reivindicaciones:

1. Método para medir la tasa de cambio de frecuencia (ROCOF-CNT) de una forma de onda relacionada con una unidad de convertidor de un aerogenerador, método que consta de los siguientes pasos: -medir un valor de frecuencia instantáneo de dicha forma de onda relacionada con dicha unidad de convertidor, -calcular un primer valor filtrado (ROCOF-F1) de dicha tasa de cambio de frecuencia (ROCOF) basado en dicho valor de frecuencia instantáneo, teniendo dicho primer valor filtrado (ROCOF-F1) un error de medida inferior al primer error de medida predeterminado (DB-ROCOF-F1) , teniendo dicho primer valor filtrado (ROCOF-F1) una respuesta temporal más lenta que un requisito de respuesta temporal predeterminado (t1) , caracterizado por -calcular un segundo valor filtrado (ROCOF-F2) de dicha tasa de cambio de frecuencia (ROCOF) basado en dicho valor de frecuencia instantáneo, teniendo dicho segundo valor filtrado (ROCOF-F1) un segundo error de medida (DB-ROCOFF2) superior a dicho primer error de medida predeterminado (DB-ROCOF-F1) , teniendo dicho segundo valor filtrado (ROCOF-F2) una respuesta temporal más rápida que dicho requisito de respuesta temporal predeterminado (t1) , y -calcular un valor de comparación (Comp) entre dicho primer valor filtrado (ROCOF-F1) y dicho segundo valor filtrado (ROCOF-F2) , y -determinar que un valor de salida (ROCOF-CNT) de dicha tasa de cambio medida está basado en dicho primer valor filtrado (ROCOF-F1) cuando dicho valor de comparación (Comp) se mantiene inferior o se vuelve inferior a un nivel de umbral predeterminado, y -determinar que dicho valor de salida (ROCOF-CNT) de dicha tasa de cambio medido está basado en dicho segundo valor

filtrado (ROCOF-F2) cuando dicho valor de comparación (Comp) se vuelve superior a dicho nivel de umbral predeterminado, en el que -dicho umbral predeterminado se determina en función de dicho segundo error de medida predeterminado (DB-ROCOF-F2) .

2. Método para medir la tasa de cambio de frecuencia (ROCOF-CNT) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el paso consistente en calcular un valor de comparación (Comp) incluye: -calcular el valor absoluto (Abs-Comp) de la diferencia entre el primer (ROCOF-F1) y segundo (ROCOF-F2) valor filtrado.

3. Método para medir la tasa de cambio de frecuencia (ROCOF-CNT) de acuerdo con la reivindicación 2, que consiste en: -determinar que dicho valor de salida (ROCOF-CNT) es cero 2O cuando un valor absoluto de dicho primer valor filtrado (ROCOF-F1) es inferior a dicho primer error de medida predeterminado (DB-ROCOF-F1) , -determinar que dicho valor de salida (ROCOF-CNT) se convierte en el primer valor filtrado (ROCOF-F1) cuando el

valor absoluto de dicho primer valor filtrado (RECOF-F1) se vuelve superior a dicho primer error de medida predeterminado (DB-ROCOF-F1) mientras el valor absoluto (Abs-Comp) de dicha comparación es inferior a dicho umbral predeterminado,

y

-determinar que dicho valor de salida (ROCOF-CNT) se convierte en el segundo valor filtrado (ROCOF-F2) cuando dicho valor absoluto (Abs-Comp) de dicha diferencia es superior a dicho umbral predeterminado,

y

- una vez que el valor de salida (ROCOF-CNT) se ha

convertido en el segundo valor filtrado (ROCOF_F2) ,

determinar que dicho valor de salida (ROCOF-CNT) es el

primer valor filtrado (ROCOF-Fl) cuando dicho valor

absoluto (Abs-Com) de dicha diferencia se vuelve inferior a dicho segundo umbral predeterminado.

4. Método para medir la tasa de cambio de frecuencia (ROCOF-CNT) de acuerdo con cualesquiera de las reivindicaciones anteriores, en las que -dicho umbral predeterminado es el segundo error de medida predeterminado (DB-ROCOF-F2) del segundo filtro (F2) , estando preferiblemente comprendido entre 0, 125 y 0, 5 milihercios/s.

5. Método para medir la tasa de cambio de frecuencia (ROCOF-CNT) de acuerdo con cualesquiera de las reivindicaciones anteriores, -dicho umbral predeterminado corresponde a un valor de histéresis (DB-ROCOF-D2-HYS) , siendo preferiblemente el doble del segundo error de medida predeterminado (DBROCOF-D2) .

6. Método para medir la tasa de cambio de frecuencia (ROCOF-CNT) de acuerdo con la reivindicación 2, que consiste en -alisar los valores de salida medidos (ROCOF-CNT) mediante una función de filtrado, siendo dicha función de filtrado preferiblemente una función de filtrado de primer orden.

7. Método para medir la tasa de cambio de frecuencia (ROCOF-CNT) de acuerdo con la reivindicación 2, que consiste en

-limitar los valores de salida medidos (ROCOF-CNT) mediante un bloque limitador de tasa.

8. Método de medida de la tasa de cambio de frecuencia (ROCOF-CNT) de acuerdo con la reivindicación 2, que consiste en -calcular dicho primer (ROCOF-F1) y segundo (ROCOF-F2) valor filtrado usando al menos un método de promediado o una función de transferencia.

9. Método de medida de la tasa de cambio de frecuencia (ROCOF-CNT) de acuerdo con la reivindicación 8, que consiste en -calcular dicho primer valor filtrado (ROCOF-F1) mediante un método de promediado.

10. Método de control de una unidad de convertidor de un

aerogenerador, que consta de los siguientes pasos

- medir la tasa de cambio de frecuencia (ROCOF-CNT) de

acuerdo con la reivindicación 1, y

- enviar dicho valor de salida (ROCOF CNT) de dicha tasa de

cambio de frecuencia a un controlador (CNT) de un

aerogenerador, y

- controlar una unidad de convertidor (Converter) de un

aerogenerador.

11. Módulo para medir la tasa de cambio de frecuencia (ROCOF-CNT) de una forma de onda relacionada con una unidad de convertidor de un aerogenerador, método que consta de los siguientes pasos: -un circuito para medir un valor instantáneo de un valor de frecuencia de dicha forma de onda relacionada con dicha unidad de convertidor,

-un primer filtro (Fl) para calcular un primer valor

filtrado (ROCOF-F1) de dicha tasa de cambio de frecuencia

(ROCOF) basado en dicho valor de frecuencia medido,

teniendo dicho primer valor filtrado (ROCOF-F1) un error

de medida inferior al primer error de medida

predeterminado (DB-ROCOF-F1) , teniendo dicho primer valor filtrado (ROCOF-F1) una respuesta temporal más lenta que un requisito de respuesta temporal predeterminado (t1) , caracterizado por -un segundo filtro (F2) para calcular un segundo valor filtrado (ROCOF-F2) de dicha tasa de cambio de frecuencia (ROCOF) basado en dicho valor de frecuencia instantáneo medido, teniendo dicho segundo valor filtrado (ROCOF-F2) un segundo error de medida (DB-ROCOF-F2) superior a dicho primer error de medida predeterminado (DB-ROCOF-F1) , teniendo dicho segundo valor filtrado (ROCOF-F2) una respuesta temporal más rápida que dicho requisito de respuesta temporal predeterminado (t1) , y -un comparador para calcular un valor de comparación (Comp) entre dicho primer valor filtrado (ROCOF-F1) y dicho segundo valor filtrado (ROCOF-F2) , y -un valor de salida de dicha tasa de cambio (ROCOF-CNT) basado en dicho primer valor filtrado (ROCOF-F1) cuando dicho valor de comparación (Comp) se mantiene inferior o se vuelve inferior a un nivel de umbral predeterminado, y -dicho valor de salida de dicha tasa de cambio (ROCOF-CNT) está basado en dicho segundo valor filtrado (ROCOF-F2) cuando dicho valor de comparación (Comp) se vuelve superior a dicho nivel de umbral predeterminado, dicho umbral predeterminado está basado en el segundo error de medida predeterminado (DB-ROCOF-F2) .

12. Módulo para medir la tasa de cambio de frecuencia (ROCOF-CNT) de acuerdo con la reivindicación 11, donde dicho comparador incluye: -medios de cálculo para determinar el valor absoluto (Abs

Comp) de la diferencia entre el primer (ROCOF-F1) y segundo (ROCOF-F2) valor filtrado.

13. Módulo para medir la tasa de cambio de frecuencia

14. Módulo para medir la tasa de cambio de frecuencia (ROCOF-CNT) de acuerdo con la reivindicación 13, donde

(ROCOF-CNT) de acuerdo con la reivindicación 11, donde

10 dicho módulo incluye medios para limitar o alisar dicho

valor de salida (ROCOF-CNT) .

dichos medios para limitar o alisar son un limitador duro, un limitador de tasa y/o un filtro de primer orden.

CONTROLORDERS MEASUREMENTS

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...: POWE R : .. : CONTROLLER :

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