Restricción de potencia en turbinas eólicas.

Un procedimiento para restringir la potencia eléctrica suministrada por una instalación de turbinas eólicas a unared de suministro eléctrico asociada,

comprendiendo el procedimiento las etapas de

- determinar un nivel de potencia eléctrica disponible de la instalación de turbinas eólicas,

- establecer un nivel de restricción independiente de la velocidad del viento para la instalación de turbinas eólicas,siendo dicho nivel de restricción un porcentaje del nivel de potencia eléctrica disponible, y

- hacer funcionar la instalación de turbinas eólicas de tal forma que la potencia eléctrica generada suministrada porla instalación de turbinas eólicas es igual a la diferencia entre un nivel de potencia eléctrica disponible real y el nivelde restricción.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2009/057801.

Solicitante: VESTAS WIND SYSTEMS A/S.

Nacionalidad solicitante: Dinamarca.

Dirección: Hedeager 44 8200 Aarhus N DINAMARCA.

Inventor/es: DALSGAARD,Søren, NYBORG,ANDERS.

Fecha de Publicación: 5 de Julio de 2013.

Clasificación Internacional de Patentes:

F03D7/02 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. › F03D 7/00 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). › teniendo los motores de viento el eje de rotación dispuesto sustancialmente paralelo al flujo de aire que entra al rotor.
F03D7/04 F03D 7/00 […] › Control automático; Regulación.
F03D9/00 F03D […] › Adaptaciones de los motores de viento para usos especiales; Combinaciones de motores de viento con los aparatos que accionan; Motores de viento especialmente adaptados para su instalación en lugares particulares (sistemas híbridos de energía eólica-fotovoltaica para la generación de energía eléctrica H02S 10/12).

PDF original: ES-2411355_T3.pdf

Fragmento de la descripción:

Restricción de potencia en turbinas eólicas Campo de la invención La presente invención se refiere a restricción de potencia en turbinas eólicas o en parques eólicos. En particular, la presente invención se refiere a un procedimiento y a una instalación de turbinas eólicas que se puede hacer funcionar en un modo de funcionamiento de potencia restringida. Aplicando restricción de potencia a instalaciones de turbinas eólicas se pueden satisfacer demandas de código de red con respecto a un control de frecuencia de red rápido y eficaz.

Antecedentes de la invención Al hacer funcionar una turbina eólica o un parque eólico se pretende obtener un rendimiento máximo del capital invertido en ella. A fin de cumplir con esto, los sistemas de control de turbinas eólicas están configurados para maximizar la potencia de salida.

Una forma de controlar el rendimiento de una turbina eólica es cabecear las palas del rotor de la turbina eólica. Tal cabeceo de las palas del rotor puede estar gestionado por ejemplo por un sistema de cabeceo de las palas de accionamiento eléctrico o hidráulico.

Los modos de funcionamiento de una turbina eólica se pueden dividir en dos partes:

1. funcionamiento a carga parcial para velocidades del viento entre unos pocos m/s y la velocidad nominal del viento, y

2. funcionamiento a plena carga para velocidades del viento entre la velocidad nominal del viento y la velocidad del viento de parada.

Se sabe que controlar el cabeceo de las palas del rotor proporciona medios eficaces para controlar el rendimiento de la turbina eólica en el funcionamiento a la velocidad nominal del viento con el fin de mantener la velocidad del rotor de la turbina eólica lo más constante posible en torno a una velocidad nominal del rotor.

Si se requiere un amortiguador de potencia en cada turbina eólica, se puede reducir el punto de ajuste de la potencia nominal de la turbina eólica. Sin embargo, en el funcionamiento a carga parcial la turbina eólica seguirá buscando producir una potencia máxima del viento disponible, con el resultado de que el amortiguador de potencia requerido ya no estará disponible. Por lo tanto, la reducción del punto de ajuste nominal de la turbina eólica no proporciona el amortiguador de potencia requerido en el funcionamiento a carga parcial.

Como ejemplo, si se reduce una turbina eólica de 3 MW a 2, 5 MW con el fin de crear un amortiguador de 500 kW esto no tendrá ningún efecto si el viento sólo permite la producción de 1 MW: por lo tanto el amortiguador de 500 kW no está disponible. En otras palabras, de acuerdo con esquemas de control conocidos no es posible, en el funcionamiento a carga parcial, garantizar que la producción de la turbina eólica es más baja que lo que la turbina eólica puede producir en las condiciones de velocidad reales. La única manera de reducir la producción de energía a velocidades de viento bajas es cambiar la turbina eólica a un algoritmo de control de potencia nominal que incluye proporcionar un punto de ajuste de potencia reducida a la turbina eólica. El punto de ajuste de potencia reducida garantiza que la producción de energía se reduce en la cantidad deseada.

El documento US 2008/0116690 A1 describe un modo de funcionamiento de potencia limitada, en el que una unidad de control preestablece un valor deseado de la potencia máxima que va a ser suministrada por una central de energía eólica.

Hansen et al. ("Centralised power control of wind farm with doubly fed induction generators", Renewable Energy 32 (2006) , p. 935-951) describe el control de la producción de energía de todo un parque eólico mediante el envío de señales de potencia de referencia a cada turbina eólica individual.

Lubosny et al. (“Supervisor y Control of a Wind Farm”, IEEE Transactions on Power Systems, vol. 22, N. º 3, 2007) se refiere a la reducción de las variaciones de salida de potencia. La reducción se consigue bien usando un dispositivo de almacenamiento de energía independiente (externo) o bien proporcionando una reserva de potencia lograda mediante la carga parcial de una o varias turbinas en un parque eólico.

Puede verse como un objetivo de los modos de realización de la presente invención proporcionar un procedimiento y una disposición para facilitar el control rápido y eficaz de la frecuencia de red, en particular en el funcionamiento a carga parcial.

Descripción de la invención El objetivo mencionado anteriormente se cumple al proporcionar, en un primer aspecto, un procedimiento para

reducir la potencia eléctrica suministrada por una instalación de turbinas eólicas a una red de suministro eléctrico asociada, comprendiendo el procedimiento las etapas de

– determinar un nivel de potencia eléctrica disponible de la instalación de turbinas eólicas,

– establecer un nivel de restricción independiente de la velocidad del viento para la instalación de turbinas eólicas, siendo dicho nivel de restricción un porcentaje del nivel de potencia eléctrica disponible, y

– hacer funcionar la instalación de turbinas eólicas de tal forma que la potencia eléctrica generada suministrada por la instalación de turbinas eólicas es igual a la diferencia entre un nivel de potencia eléctrica disponible real y el nivel de restricción.

El término instalación de turbinas eólicas debe interpretarse en sentido amplio. Por lo tanto, el término instalación de turbinas eólicas cubre una sola turbina eólica o un grupo de turbinas eólicas que forman un parque de turbinas eólicas.

Además, por potencia eléctrica disponible se entiende la producción de energía posible que se podría haber obtenido si se permitiera a la turbina funcionar en condiciones óptimas.

El nivel de potencia eléctrica disponible se determina bajo condiciones de funcionamiento dadas actuales y se puede determinar de varias maneras. Una manera de determinar el nivel de potencia eléctrica disponible se basa en una medición de la velocidad real del viento.

El nivel de restricción se establece como un porcentaje del nivel de potencia eléctrica disponible. En principio, el nivel de reducción puede ser cualquier porcentaje entre el 0 % y el 100 % del nivel de potencia eléctrica disponible. Por lo tanto, el nivel de restricción puede ser menor del 40 %, tal como menor del 30 %, tal como menor del 20 %, tal como menor del 10 %, del nivel de potencia eléctrica disponible.

De acuerdo con un modo de realización de la presente invención, se puede restringir la potencia eléctrica suministrada por la instalación de turbinas eólicas a la red de suministro eléctrico cabeceando al menos una pala del rotor, o al menos un conjunto de palas del rotor, de una turbina eólica en un ángulo de cabeceo predeterminado. Como se expuso anteriormente, la turbina eólica puede ser una turbina eólica aislada, o puede formar parte de un grupo de turbinas eólicas que forman un parque eólico. El ángulo de cabeceo predeterminado se puede deducir del nivel de potencia eléctrica disponible y del nivel de restricción.

De acuerdo con un segundo modo de realización, la potencia eléctrica suministrada por la instalación de turbinas eólicas puede ser restringida mediante el cambio de la velocidad de rotación del rotor de la turbina eólica. Por lo tanto, se puede obtener restricción mediante el aumento o la disminución de la velocidad de rotación del rotor de la turbina eólica. Una vez más, la turbina eólica puede ser una turbina eólica aislada, o puede formar parte de un grupo de turbinas eólicas que forman un parque eólico.

En un tercer modo de realización, se puede restringir la potencia eléctrica suministrada por la instalación de turbinas eólicas cambiando (aumentando o disminuyendo) la velocidad de rotación del rotor de la turbina eólica, y cabeceando una pala del rotor o un conjunto de palas del rotor de dicha turbina eólica en un ángulo de cabeceo predeterminado. Una vez más, el ángulo de cabeceo predeterminado se puede deducir del nivel de potencia eléctrica disponible y del nivel de restricción.

En un segundo aspecto, la presente invención se refiere a una instalación de turbinas eólicas adaptada para generar y suministrar potencia eléctrica a una red de suministro eléctrico asociada, comprendiendo la instalación de turbinas eólicas un controlador de restricción que comprende

-medios para determinar un nivel de potencia eléctrica disponible de la instalación turbinas eólicas, y

-medios para almacenar un nivel establecido de restricción independiente de la velocidad del viento para la instalación de turbinas eólicas, siendo dicho nivel de restricción un porcentaje de la potencia... [Seguir leyendo]

Reivindicaciones:

1. Un procedimiento para restringir la potencia eléctrica suministrada por una instalación de turbinas eólicas a una red de suministro eléctrico asociada, comprendiendo el procedimiento las etapas de

– determinar un nivel de potencia eléctrica disponible de la instalación de turbinas eólicas,

2. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la potencia eléctrica suministrada por la instalación de turbinas eólicas está restringida por el cabeceo de al menos una pala del rotor de una turbina eólica en un ángulo de cabeceo predeterminado.

3. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2, en el que el ángulo de cabeceo predeterminado se deriva del nivel de potencia eléctrica disponible y del nivel de restricción.

4. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la potencia eléctrica suministrada por la instalación de turbinas eólicas está restringida por el cambio de la velocidad de rotación del rotor de una turbina eólica.

5. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la potencia eléctrica suministrada por la instalación de turbinas eólicas está restringida por el cambio de la velocidad de giro del rotor de una turbina eólica, y el cabeceo de una pala del rotor o de unas palas del rotor de dicha turbina eólica en un ángulo de cabeceo predeterminado.

6. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 5, en el que el ángulo de cabeceo predeterminado y el cambio de velocidad de rotación se deducen del nivel de potencia eléctrica disponible y el nivel de restricción.

7. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-6, en el que la instalación de turbinas eólicas comprende un parque de turbinas eólicas que comprende una pluralidad de turbinas eólicas.

8. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-6, en el que la instalación de turbinas eólicas es una turbina eólica.

9. Una instalación de turbinas eólicas adaptada para generar y suministrar potencia eléctrica a una red de suministro eléctrico asociada, la instalación de turbinas eólicas comprende un controlador de restricción que comprende

– medios para determinar un nivel de potencia eléctrica disponible de la instalación de turbinas eólicas, y

– medios para almacenar un nivel establecido de restricción independiente de la velocidad del viento para la instalación de turbinas eólicas, siendo dicho nivel de restricción un porcentaje de la potencia eléctrica disponible,

en el que el controlador de restricción está adaptado para hacer funcionar la instalación de turbinas eólicas de tal forma que la potencia eléctrica suministrada por la instalación de turbinas eólicas es igual a la diferencia entre un nivel de potencia eléctrica disponible real y el nivel de restricción.

10. Una instalación de turbinas eólicas de acuerdo con la reivindicación 9, que comprende además una disposición para cabecear al menos una pala del rotor de una turbina eólica en un ángulo de cabeceo predeterminado con el fin de cumplir con el nivel de restricción establecido.

11. Una instalación de turbinas eólicas de acuerdo con la reivindicación 10, en el que el controlador de restricción está adaptado para deducir el ángulo de cabeceo predeterminado del nivel de potencia eléctrica disponible y el nivel de restricción.

12. Una instalación de turbinas eólicas de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 9-11, que comprende además una disposición para el cambio de una velocidad de rotación del rotor de una turbina eólica con el fin de cumplir con el nivel de restricción establecido.

13. Un controlador de restricción para una instalación de turbinas eólicas que comprende

– medios para determinar un nivel de potencia eléctrica disponible de la instalación de turbinas eólicas, y

14. Un producto de programa de ordenador para llevar a cabo el procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-8 cuando dicho producto de programa de ordenador se ejecuta en un ordenador.

15. Un soporte de datos que comprende un producto de programa de ordenador para llevar a cabo el procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-8 cuando dicho producto de programa de ordenador se ejecuta en un ordenador.

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