SISTEMA DE CONTROL DE UN CONVERTIDOR.

Sistema de control de un convertidor acoplado entre un generador de un aerogenerador y la red de distribución de energía eléctrica,

que dispone de al menos dos módulos convertidores conectados en paralelo cuya activación/desactivación se lleva a cabo por patrones desfasados de modulación por anchura de pulsos (PWM).

El dispositivo de control garantiza la conmutación dinámica de los módulos convertidores independientemente de la activación o desactivación de al menos un módulo convertidor entregando constantemente potencia eléctrica a la red de distribución.

SISTEMA DE CONTROL DE UN CONVERTIDOR

Objeto de la invención

5 10 El objeto de la invención está relacionado con el campo de la generación de energía eléctrica de una turbina eólica conectada a una red de suministro eléctrico, y específicamente con las turbinas eólicas y los sistemas de conversión de energía eléctrica que incluyen módulos convertidores para suministrar energía eléctrica a la red de suministro eléctrico Antecedentes de la invención

15 Los aerogeneradores con velocidad de rotor variable se conectan a la red de distribución eléctrica a través de un convertidor de potencia que transforma la corriente alterna producida en un generador, que por regla general se encuentra acoplado a las palas a través de un multiplicador de velocidad, en una corriente alterna de frecuencia y amplitud ajustables.

2 o 25 Para aplicaciones de alta potencia, es habitual implementar convertidores constituidos en diferentes módulos conectados entre sí en paralelo, los cuales permiten una mayor maniobrabilidad de la entrega de potencia en la red. Para lograr la mayor potencia posible, los elementos de dichos módulos convertidores se encuentran sobredimensionados, por lo que, dado que dicha potencia máxima únicamente es entregada a la red en ocasiones muy puntuales, se hace necesaria la correcta optimización de los diferentes módulos para una correcta gestión de cada punto de operación del convertidor.

3 o Concretamente, en el caso de los aerogeneradores de velocidad variable en los que la potencia producida por el generador depende directamente de la velocidad del viento, la entrega de una energía eléctrica de alta calidad a la red de distribución eléctrica resulta compleja. Por otro lado, la propia conexión del inversor de red a la red de distribución eléctrica, produce armónicos que deben ser eliminados, ya que, en caso contrario, pueden provocar un fallo en el aerogenerador con la consecuente parada de la máquina.

Se conocen en el Estado de la Técnica diferentes estrategias de activación y

desactivación de los módulos convertidores de un convertidor de potencia, que

tratan de solventar la aparición de armónicos con el objetivo de lograr una mayor

eficacia y fiabilidad de dichos convertidores.

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Un ejemplo de estrategia de conmutación de convertidores modulares

conectados en paralelo, se muestra en la patente US 2008/0031024 que describe

un convertidor modular formado por al menos dos módulos acoplados en paralelo,

controlados mediante un medio de control. La invención mejora la influencia de los

10 armónicos en la red, ocasionados por la conexión del convertidor a la misma,

mediante la conexión de tantos módulos convertidores como sean necesarios en un

tiempo determinado, es decir, en función del viento y la potencia a obtener, activa o

desactiva los módulos convertidores para entregar a la red la potencia necesaria.

15 Otra estrategia de control es la descrita por el solicitante de la presente

invención en la Patente Europea EP1768223, que describe un método para la

utilización de un sistema convertidor de turbina eólica, que incluye módulos

convertidores conectados en paralelo y capaces de convertir la energía eléctrica,

generada por un generador, en energía eléctrica aplicable a una red de suministro

2º eléctrico. El método, determina la activación/desactivación de los módulos

convertidores en respuesta a parámetros relacionados con la cantidad variable de

energía eléctrica que produce el generador, como por ejemplo; temperaturas de los

componentes del módulo convertidor, potencia aparente de referencia y potencia

activa de referencia para el sistema convertidor, una referencia de corriente al

2 5 sistema convertidor, un valor medido de la energía aparente producida por el

generador o la energía aparente suministrada a la red, un valor medido de la

energía activa producida por el generador o la energía activa suministrada a la red,

y un valor medido de la corriente producida por el generador o la corriente

suministrada a la red.

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Así mismo, el Estado de la Técnica también contempla la posibilidad de

desconexión de módulos de forma breve o forma prolongada y propone la

activación/desactivación de los módulos convertidores mediante patrones de

se desfasen entre sí, reduciendo los componentes armónicos procedentes de la PWM y, por lo tanto, mejorando la calidad de la señal de tensión que se aplica a la red de suministro eléctrico.

5 1 o Sin embargo, esta solución plantea el inconveniente de que, cuando es necesario variar el número de convertidores conectados y por lo tanto, el desfase de conmutación marcado en los patrones PWM, se hace necesario parar dicha conmutación, reconfigurar los diferentes módulos con el nuevo desfase y después volverlos a conectar. Es decir, hay que parar la entrega de energía eléctrica a la red, ya que si se activa o desactiva un nuevo módulo convertidor, se producen picos de corriente que hacen saltar las alarmas de sobrecorriente y el aerogenerador entra en parada de emergencia. Estas paradas originan cuantiosas pérdidas de producción.

15 Descripción de la invención

2 o De acuerdo con la presente invención se propone un sistema de control de un convertidor de turbina eólica, que incluye al menos dos módulos convertidores conectados en paralelo y capaces de convertir la energía eléctrica, generada por un generador, en energía eléctrica aplicable a una red de suministro eléctrico y que permite aumentar o disminuir el número de módulos convertidores activados en función de la velocidad del viento.

2 5 Es otro objeto de la presente invención proporcionar un método de control que mediante una conexión PWM sincronizada de módulos convertidores garantice el mínimo armónico en la red de distribución.

3º Es otro objeto de la invención garantizar una conmutación dinámica entre módulos convertidores, durante la entrega de energía eléctrica a la red de distribución, sin que salten las protecciones de sobrecorriente y sin que se produzcan picos de tensión por la conexión o desconexión de diferentes módulos según las necesidades de la red.

convertidor y al generador del aerogenerador.

5 El sistema de control calcula el número de convertidores que deben estar conectados para obtener una determinada potencia en función de la velocidad de viento y unos parámetros de potencia previamente establecidos garantizando la máxima eficiencia y fiabilidad del convertidor.

1 o Posteriormente, en función del número de módulos activados determina el número de módulos convertidores a activar/desactivar, calculando por otro lado el nuevo offset de conmutación de los módulos convertidores que deben permanecer activados.

15 El sistema de control reconfigura los módulos de control activados modificando sus offsets (desfases) de conmutación de forma gradual y continua, garantizando que no se producen picos de corriente en la red de distribución.

20 Estos y otros aspectos de la invención se describirán de una forma más detallada con ayuda de los dibujos e implementaciones que se describen a continuación Breve descripción de los dibujos

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La figura 1 muestra un ejemplo de implementación de un sistema de control según la invención conectado a un convertidor de un aerogenerador. La figura 2A muestra una gráfica de la señal de corriente de red sin el sistema de control de la invención y la figura 28 muestra una gráfica de la señal de corriente de red con el sistema de control de la invención.

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La figura 3A muestra una gráfica de la señal de la corriente del lado de red para un cambio de offset correspondiente a una variación de los módulos convertidores conectados.

La figura 38 muestra una gráfica de la señal de la corriente del lado del

generador en correspondencia con la figura anterior.

Descripción de una realización preferencial

5 10 15 2 o

La figura 1 ilustra un convertidor (1) que incluye al menos dos módulos convertidores (2) convencionales conectados en paralelo y que se encuentra conectado a un generador (3) de un aerogenerador, un transformador (4) que conecta la señal del sistema convertidor (1) a la red de suministro eléctrico (5) y un interruptor automático (6) . Cada módulo convertidor (2) del convertidor (1) incluye un contactar de generador (kgen) para desconectar el generador (3) de los mecanismos electrónicos del módulo convertidor (2) , un inductor (2.1) para suavizar la corriente del generador, un inversor del...

1. Sistema de control de un convertidor acoplado entre un generador de un aerogenerador y la red de distribución de energía eléctrica, que dispone de al 5 menos dos módulos convertidores conectados en paralelo cuya activación/desactivación se lleva a cabo por patrones desfasados de modulación por anchura de pulsos (PWM) , caracterizado porque el sistema de control (7) activa o desactiva al menos un módulo convertidor (2) de forma dinámica sin desconectar el convertidor (1) de la red de distribución eléctrica (5) manteniendo constante y sin alteraciones significativas la calidad de la energía eléctrica entregada a la red de distribución (5) .

2. Sistema de control de un convertidor, según la primera reivindicación, caracterizado porque varía el número de los módulos convertidores (2) activados mediante un patrón de modulación PWM que modifica los desfases de conmutación de los módulos activados de forma gradual y continua, hasta alcanzar el nuevo patrón de desfases de conmutación de los módulos convertidores (2) y garantiza la conmutación a lo largo de toda la variación gradual del desfase entre módulos (2) .

2.

3. Sistema de control de un convertidor, según la primera reivindicación, caracterizado porque determina el número de módulos convertidores (2) a activar/desactivar en función la cantidad real de energía eléctrica producida por el generador (3) y de unos parámetros de potencia predeterminados en relación con la velocidad del viento existente.

2.

4. Sistema de control de un convertidor, según la primera reivindicación, caracterizado porque determina al menos una secuencia de activación/desactivación de los módulos convertidores que marca el orden en el que los módulos convertidores (2) se activarán y/o desactivarán.

3.

5. Sistema de control de un convertidor según la primera reivindicación, caracterizado porque se conecta entre un generador (3) y un convertidor (1) de un aerogenerador.