Sistema para caídas de tensión para un aerogenerador de velocidad variable que tiene una máquina excitatriz y un convertidor de potencia no conectado a la red.

Un aerogenerador de velocidad variable que comprende:

un árbol (104) de rotor que incluye por lo menos una pala (101)

una cadena de impulsión acoplada al árbol de rotor,

la cadena de impulsión incluye un generador de induccióndoblemente alimentado (DFIG), dicho DFIG (110, 111) tiene por lo menos un estátor que se puede conectar a unared de energía eléctrica;

una máquina excitatriz (112) acoplada con la cadena de impulsión; y

un dispositivo de conversión de potencia (125) acoplado eléctricamente a un rotor del generador de induccióndoblemente alimentado y a la máquina excitatriz para transferir energía eléctrica entre el rotor y la máquinaexcitatriz, en donde el dispositivo de conversión de potencia (125) está aislado de la red, de tal manera que laenergía solo se entrega a la red a través del estátor del DFIG;

en donde la máquina excitatriz se utiliza como suministro de energía para los componentes del aerogeneradorcuando la velocidad del generador se encuentra al mismo nivel o por encima de un valor predefinido.

Sistema para caídas de tensión para un aerogenerador de velocidad variable que tiene una máquina excitatriz y un convertidor de potencia no conectado a la red

Antecedentes de la invención

Campo de la Invención Los métodos y aparatos compatibles con la presente invención están relacionados con el campo de aerogeneradores de velocidad variable, y más particularmente con un aerogenerador de velocidad variable que comprende un generador de inducción doblemente alimentado (DFIG, doubly fed induction generator) , una máquina excitatriz, un convertidor estático intermedio no conectado a la red y un sistema de control para mantener el

generador de inducción doblemente alimentado conectado a la red durante una situación de baja tensión, y un método para implementar el mismo.

Descripción de la técnica relacionada En los últimos años, la generación de energía eólica ha aumentado considerablemente por todo el mundo. Por esta razón, las empresas que regulan la red han modificado las especificaciones de conexión de los aerogeneradores a la red eléctrica con el fin de evitar la desconexión de un aerogenerador de la red cuando en la red se produce una situación de baja tensión o algún tipo de perturbación. De este modo, a los aerogeneradores se les exigen otros nuevos requisitos en lo que se refiere a su contribución a la estabilidad de la red cuando se producen perturbaciones de la tensión.

Normalmente, cuando se produce un fallo en la red en un sistema doblemente alimentado, la protección por exceso de corriente del convertidor desconecta el convertidor. Esta protección se activa porque la corriente del rotor no puede ser regulada por el convertidor del lado del rotor debido al cortocircuito que se produce en el lado del estátor del generador doblemente alimentado. Sin embargo, esta inhabilitación por conmutación no es suficiente para proteger el sistema debido a que la corriente del rotor fluye a través de los diodos del convertidor al circuito del Bus de corriente continua, lo que aumenta la tensión en el bus de corriente continua. Este exceso de tensión puede dañar los componentes del convertidor. Por este motivo, el rotor se pone en cortocircuito y el estátor del generador se desconecta de la red. Hasta hace poco este tipo de control se ha implementado en sistemas de aerogeneradores doblemente alimentados. Sin embargo, el crecimiento de la generación de energía eólica está obligando a la creación de nuevas especificaciones de códigos de red, por lo que la generación de energía eólica debe adaptarse a estos nuevos requisitos. Estos requisitos se centran en dos puntos principales: no hay desconexión del

aerogenerador respecto a la red y la contribución del aerogenerador a la estabilidad de la red.

Los diferentes fabricantes de aerogeneradores han desarrollado muchas soluciones con el fin de satisfacer los nuevos requisitos de códigos de red. Algunas de estas soluciones se describen en los siguientes documentos:

- US 6.921.985: Este documento muestra un diagrama de bloques en el que el inversor se acopla a la red. Un elemento externo desde el convertidor, como un circuito de palanca, se acopla con la salida del rotor del

generador. Este circuito de palanca funciona para derivar la corriente desde el rotor del generador con el fin de proteger el convertidor de potencia cuando se produce un fallo en la red y para mantener el sistema conectado a la red.

- US 2006/016388 A1. Este documento muestra un diagrama de bloques en el que el inversor se acopla a la red. Un elemento externo desde el convertidor, como un circuito de palanca, se conecta con el rotor del

generador. Este circuito de palanca se utiliza para desacoplar eléctricamente el convertidor de los devanados del rotor cuando se produce una situación de baja tensión.

- US 7.102.247: Este documento muestra dos diagramas de bloques con diferentes configuraciones. Ambas muestran un convertidor conectado a la red (V1, V2, V3) . Se conectan dos elementos externos con el fin de mantener la conexión del sistema a la red cuando se produce un fallo en la red. En este documento, se

muestra un circuito de palanca con resistencia y en el sistema de BUS se incluyen algunos elementos adicionales. Estos elementos adicionales se activan cuando se produce un fallo en la red.

- WO 2004/098261: En este documento se muestra un diagrama de bloques en el que un convertidor se conecta a la red. Este documento muestra el circuito de palanca conectado al sistema de BUS. Este circuito de palanca se activa cuando la tensión del BUS aumenta después de una situación de tensión baja.

Sin embargo, cada solución desarrollada y descrita en estos documentos y en otros documentos, tales como WO2004/040748A1 o WO2004/070936A1 tiene una característica común: todas las soluciones incluyen convertidores electrónicos de potencia conectados directamente a la red. Esta característica es la fuente de un problema muy importante cuando se produce una tensión transitoria en la red. Como se explicará, este convertidor del lado de la red presenta una limitación funcional cuando se produce un fallo, porque el convertidor del lado de la 55 red va a funcionar con una menor tensión de red (dependiendo del fallo en la red) , por lo que su capacidad de evacuación de energía se reduce. Actualmente, cuando se produce un fallo en la red, la energía de desmagnetización del generador se envía al BUS y debido a la limitación del convertidor del lado de la red, se eleva la tensión en el BUS y podría dañar los componentes del convertidor. Por esta razón, estas soluciones incluyen algunos elementos adicionales conectados principalmente al rotor o al sistema de BUS. Estos elementos adicionales absorben la energía de desmagnetización del generador cuando se produce un fallo en la red con el fin de mantener el aerogenerador conectado a la red y, de este modo, satisfacer las nuevas especificaciones de códigos de red. Todos estos elementos se forman generalmente a partir de una combinación de elementos pasivos, como resistencias, y elementos activos, como conmutadores.

En este tipo de soluciones, toda perturbación o fluctuación que se produce en la red afecta directamente al convertidor del lado de la red, por lo que su limitación actual implica que las prestaciones del aerogenerador durante un fallo en la red no están completamente optimizadas.

BAUER P. ET AL: Evaluation of electrical systems for offshore windíarms, INDUSTRY APPLICATIONS CONFERENCE, 2000, PISCATAWAY, NJ, EE.UU., IEEE, vol. 3, 8 de octubre de 2000, páginas 1416-1423 ISBN: 07803-6401-5 describe unos sistemas eléctricos que utilizan un aerogenerador de velocidad variable.

Compendio de la invención Unos ejemplos de realizaciones de la presente invención descrita en esta memoria superan las desventajas mencionadas anteriormente y otras desventajas no descritas anteriormente. Además, la presente invención no es necesaria para superar las desventajas descritas anteriormente, y un ejemplo de realización de la presente invención puede no superar alguno de los problemas descritos anteriormente. Por consiguiente, en los ejemplos de realizaciones descritos en esta memoria, las prestaciones del aerogenerador durante los fallos de la red están optimizadas porque no hay electrónica de potencia conectada a la red. El sistema actual con una máquina excitatriz garantiza que el convertidor del lado del excitador funciona en todo momento con una tensión estable.

Según un aspecto de un ejemplo de realización descrito en esta memoria, se proporciona un aerogenerador de velocidad variable según se establece en la reivindicación 1.

Según esta topología, la electrónica de potencia no está conectada a la red. De este modo, la energía solo se entrega a la red a través del estátor del generador de inducción doblemente alimentado y las perturbaciones de tensión no afectan directamente al convertidor del lado del excitador.

Se ha de entender que la descripción general precedente y la siguiente descripción detallada son solo ejemplos y explicaciones y no son restrictivos de la invención, que se define en las reivindicaciones.

Breve descripción de los dibujos.

La invención y su modo de funcionamiento se entenderán más plenamente a partir de la siguiente descripción detallada cuando se tome con los dibujos incorporados, en los que los números de referencia similares corresponden a elementos similares.

Figura 1: Ilustra un diagrama de circuito para un aerogenerador de velocidad variable que tiene una máquina excitatriz y un convertidor de potencia que no está conectado a la red, según un ejemplo de realización.

Figura 2: Ilustra una implementación de un diagrama... [Seguir leyendo]

1. Un aerogenerador de velocidad variable que comprende:

un árbol (104) de rotor que incluye por lo menos una pala (101)

una cadena de impulsión acoplada al árbol de rotor, la cadena de impulsión incluye un generador de inducción 5 doblemente alimentado (DFIG) , dicho DFIG (110, 111) tiene por lo menos un estátor que se puede conectar a una red de energía eléctrica;

una máquina excitatriz (112) acoplada con la cadena de impulsión; y

un dispositivo de conversión de potencia (125) acoplado eléctricamente a un rotor del generador de inducción doblemente alimentado y a la máquina excitatriz para transferir energía eléctrica entre el rotor y la máquina 10 excitatriz, en donde el dispositivo de conversión de potencia (125) está aislado de la red, de tal manera que la energía solo se entrega a la red a través del estátor del DFIG;

en donde la máquina excitatriz se utiliza como suministro de energía para los componentes del aerogenerador cuando la velocidad del generador se encuentra al mismo nivel o por encima de un valor predefinido.

2. El sistema de aerogenerador de velocidad variable de la reivindicación 1, que comprende además: unos medios (502, 503) para generar energía de corriente alterna (CA) y de corriente continua (CC) en respuesta a la velocidad del generador que está al mismo nivel o por encima de un valor predefinido.

3. El sistema de aerogenerador de velocidad variable de la reivindicación 1, que comprende además: unos medios (502) para generar un suministro auxiliar de energía de corriente alterna (CA) ; y

unos medios (508) para generar un suministro auxiliar de energía de corriente continua (CC) .

4. El sistema de aerogenerador de velocidad variable de la reivindicación 1, que comprende además: un convertidor (503) de corriente alterna/corriente continua (CA/CC) acoplado a la máquina excitatriz que genera un suministro de energía de corriente continua (CC) ; y un convertidor (502) de corriente continua/corriente alterna (CC/CA) conectado al suministro de energía de CC que genera un suministro auxiliar de energía de corriente alterna (CA) .