SISTEMA PARA TURBINAS EOLICAS CON UN TRANSFORMADOR EN EL LADO DEL GENERADOR.

Arquitectura de un sistema para un generador de turbina eólica que comprende un generador conectado a una turbina eólica,

un convertidor de frecuencia que está conectado a una red, y un transformador del lado del generador que está conectado entre dicho generador y dicho convertidor de frecuencia. El generador es preferiblemente un generador de media tensión, el transformador del lado del generador es un transformador de media a baja tensión y el convertidor de frecuencia es un convertidor de baja tensión. El transformador del lado del generador está ventajosamente situado en el interior de la torre de un generador de turbina eólica.

Sistema para turbinas eólicas con un transformador en el lado del generador

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a una topología o arquitectura de un sistema para un generador de turbina eólica que tiene un transformador en el lado del generador. En particular, dicho transformador funciona de media a baj a tensión y está colocado fuera de la góndola en una plataforma en el interior de la torre del generador eólico.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Los actuales generadores de turbinas eólicas tienen la mayoría de su equipo eléctrico en el interior de la góndola de la turbina eólica. La propia góndola está colocada en la parte superior de la torre y aloja, entre otros, las aspas eólicas y las aspas de la turbina eólica. Por motivos de mantenimiento, tener el equipo eléctrico en la góndola no es conveniente, ya que el acceso por parte de un operario puede hacerse difícil. Además, un exceso de peso es un inconveniente. La publicación "PCS 600 for large wind turbines Medium voltage, full power converters up to 9 MVA" de ABB 2O11, referencia 3BHS351271 E01 trata dicho problema colocando un convertidor de frecuencia en una plataforma en la base de la torre. Es un obj eto de la presente invención proporcionar una topología de sistema para una turbina eólica donde el equipo eléctrico se pueda colocar fuera de la góndola, mientras todavía se consigue un aislamiento galvánico y buenas características de supresión de harmónicos.

Es otro obj eto de la presente invención proporcionar una disposición eléctrica para la generación de alta energía, entre 6 MW y 16 MW, especialmente a 9 MW. Es otro obj eto de la presente invención proporcionar un intervalo de parámetros para un convertidor de frecuencia en el contexto de las turbinas eólicas de manera que su vida aumente y sus parámetros operativos se optimizan. Es otro objeto de la presente invención reducir la tensión eléctrica que el generador debe soportar y, en consecuencia, también aumentar la vida total del sistema. Es otro obj eto de la presente invención proporcionar una disposición que pueda aumentar la distancia entre el generador en la góndola y el equipo eléctrico para poder compartir dicho equipo entre dos o más torres de turbinas eólicas.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La arquitectura de sistema para un generador de turbina eólica según la presente invención tiene un generador conectado a una turbina eólica, un convertidor de frecuencia que está conectado a una red, y un transformador en el lado del generador que está conectado entre dicho generador y dicho convertidor de frecuencia. Preferiblemente, el generador es un generador de media tensión, el transformador del lado del generador es un transformador de media a baja tensión y el convertidor de frecuencia es un convertidor de baja tensión. Además, el transformador del lado de la red puede tener una entrada conectada al convertidor de frecuencia y una salida conectada a la red. Además, el generador puede estar colocado en el interior de una góndola de dicho generador de turbina eólica, y el transformador del lado del generador se puede situar dentro de la torre de un generador de turbina eólica.

En una realización preferida, el transformador del lado del generador está situado en una plataforma situada a una altura predeterminada en el interior de la torre de la turbina eólica. El convertidor de frecuencia está colocado en dicha plataforma cerca de dicho transformador del lado del generador y el transformador del lado de la red está colocado cerca de dicho convertidor de frecuencia. Ventajosamente, el transformador del lado del generador tiene dos o más módulos y se pueden colocar como una configuración de estrella en forma de delta. Las restricciones de reparación y reemplazo del transformador también necesitan tener en consideración el tamaño de la puerta de la torre. Preferiblemente, el transformador del lado del generador tiene una tensión de entrada de tensión media que varía entre 6 Kv y 10 Kv en frecuencias que varían entre 50 Hz y 60 Hz. Un valor preferido del transformador del lado del generador (5) tiene una salida de baja tensión que tiene un valor de 690 v a 60 Hz. Una realización preferida del transformador del lado del generador tiene una entrada de tensión media que tiene un valor de 6 Kv a 60 Hz. Realizaciones ventajosas incluyen realizaciones en las que el generador tiene tres módulos, teniendo cada uno tres fases, y el transformador del lado del generador también tiene tres módulos, teniendo cada uno tres fases, en el que cada módulo está fijado a un módulo desde dicho generador. Alternativamente, el convertidor de frecuencia tiene cuatro unidades de conversión de potencia agrupadas en tres módulos convertidores, cada uno teniendo tres fases, y fijado a un módulo del transformador del lado del generador. Finalmente, el transformador del lado de la red tiene tres módulos, cada uno fij ado a un módulo convertidor de frecuencia. En una realización preferida, los módulos del transformador en el lado del generador son los mismos que los del lado del transformador.

FIGURAS

La figura 1 muestra una vista esquemática de un generador de turbina eólica y una torre según una realización de la presente invención. La figura 2 muestra una realización con un sistema eléctrico para un generador de 9 MW a 50 Hz. La figura 3 muestra una sección transversal de la torre de la turbina eólica a la altura de una plataforma que contiene el transformador de media o baja tensión.

DESCRIPCIÓN DE LAS REALIZACIONES PREFERIDAS

La figura 1 muestra un generador de turbina eólica que tiene un generador de media tensión, en particular generador sincrónico (1) que está situado en el interior de la góndola (10) de una turbina eólica. La representación eléctrica de dicho generador se muestra como tres unidades, cada una teniendo tres generadores de fase de corriente alterna con un neutro conectado a tierra en un sistema de conexión a tierra (2) . Un cableado adecuado y un dispositivo conmutador están instalados en el interior de la plataforma de la torre (11) . Una serie de plataformas, típicamente tres, están instaladas en diferentes alturas de la propia torre. Dichas plataformas tienen los convertidores (6) Y los transformadores del lado del generador (5) de acuerdo con la presente invención. El transformador del lado del generador preferiblemente recude la media tensión a baja tensión, y esto permite que los convertidores de tensión (6) trabajen a una baja tensión.

Un transformador del lado de la red de tres fases (7) está acoplado a los convertidores (6) Y a una tensión de red preferiblemente a través de conmutadores de protección (8) en el lado de la red. La figura 2 muestra una realización con un generador sincrónico que tiene tres módulos a una velocidad nominal que satisface el principio de voltios constantes por hertzio (V/f = constante) . El generador según una realización preferida tiene tres módulos. Cada uno de dichos módulos está preferiblemente conectado a un transformador de tres fases (5) en el lado del generador. La media tensión desde el generador puede ser preferiblemente de 6 Kv a 60 Hz. Estos valores son óptimos para módulos del generador de hasta 3 MW. Sin embargo, otras realizaciones ventajosas incluyen 6 Kv a 90 Hz, 10 Kv a 60 Hz, 10 Kv a 90 Hz. Las realizaciones que tienen 10 Kv son muy competitivas y muestran ventajas para los módulos del generador de hasta 4 MW. Dichos intervalos de parámetros muestran un buen rendimiento para los equipos y los dispositivos de conmutación de media tensión disponibles. Preferiblemente, el generador de media tensión (1) tiene un sistema de conexión a tierra neutro (2) , ventajosamente como una conexión a tierra de alta resistencia. Con esta topología, un fallo de conexión a tierra en el lado del generador no interrumpe la operación. Una detención programada del sistema puede planearse. Dicha disposición neutra muestra muchos beneficios, tal como baja susceptibilidad a sobretensiones de transientos, bajos daños por fallos del arco, buena seguridad personal, buena fiabilidad con un bajo coste de mantenimiento, facilidad de localización de fallos, etc. La protección del conmutador (4) en el lado del generador se puede proporcionar entre el generador (1) y el

transformador (5) • Estos conmutadores desconectan el equipo eléctrico del generador en caso de alarmas. Los transformadores de media a baja tensión en el lado del generador (5a, 5b, 5c) tienen preferiblemente una tensión de salida en la baja tensión de 690 voltios y 60 Hz. Cada transformador puede tener una configuración de estrella en forma de delta, tipo Dyn. Dicha configuración es estándar para la conexión de turbinas eólicas...

l. Sistema para turbinas eólicas con un

transformador en el lado del generador, que comprende: -un generador (1) conectado a una turbina eólica, -un convertidor de frecuencia (6) conectado a una red, caracterizado por -un transformador del lado del generador (5) conectado entre dicho generador (1) Y dicho convertidor de frecuencia (6) .

2. Sistema según la reivindicación 1, en el que -dicho generador (1) es un generador de media tensión, -dicho transformador del lado del generador (5) es un transformador de media a baja tensión, y -dicho conversor de frecuencia (6) es un convertidor de baja tensión.

3. Sistema según la reivindicación 1, que tiene -un transformador en el lado de la red (7) que tiene una entrada conectada a dicho convertidor de frecuencia (6) y una salida conectada a la red.

4. Sistema según la reivindicación 1, en el que -dicho generador (1) está situado en el interior de una góndola (10) de dicho generador de turbina eólica, y

dicho transformador del lado del generador (5) está situado en el interior de la torre de un generador de turbina eólica.

5. Sistema según la reivindicación 4, en el que -dicho transformador en el lado del generador (5) está situado en una plataforma (11) situada a una altura dentro de la torre de la turbina eólica.

6. Sistema según la reivindicación 5, en el que dicho convertidor de frecuencia (6) está colocado en dicha plataforma (11) a un lado de dicho transformador del lado del generador (5) y dicho transformador del lado de la red (7) está colocado a otro lado de dicho convertidor de frecuencia (6) .

7. Sistema según la reivindicación 4, en el que -dicho transformador en el lado del generador (5) tiene dos o más módulos (5a, 5b, 5c) , estando cada uno situado en una plataforma diferente de dicha turbina eólica.

8. Sistema según la reivindicación 1, en el que -dicho transformador en el lado del generador (5) tiene una configuración de delta estrella.

9. Sistema según la reivindicación 2, en el que -dicho transformador en el lado del generador (5) tiene una tensión de entrada de media tensión que varía entre 6 Kv y 10 Kv a frecuencias que varía entre 50 Hz y 60 Hz.

10. Sistema según la reivindicación 9, en el que -dicho transformador en el lado del generador (5) tiene una salida de baja tensión que tiene un valor de 690 v a 50 Hz.

11. Sistema según la reivindicación 9 ó 10, en el que -dicho transformador en el lado del generador (5) tiene una entrada de media tensión que tiene un valor de 6 Kv a 60 Hz.

12. Sistema según la reivindicación 1, en el que -dicho generador (1) tiene tres módulos, teniendo cada uno tres fases, -dicho transformador en el lado del generador (5) tiene tres módulos (5a, 5b, 5c) , teniendo cada uno tres fases, estando cada módulo (5a, 5b, 5c) fijado a un módulo de dicho generador (1) .

13. Sistema según la reivindicación 12, en el que dicho convertidor de frecuencia (6) tiene cuatro unidades de conversión de potencia agrupados en tres módulos convertidores teniendo cada uno tres fases, estando fij ado cada módulo convertidor a un respectivo módulo (5a, 5b, 5c) del transformador del lado del generador (5) .

14. Sistema según la reivindicación 12 ó 13, en el que -dicho transformador en el lado de la red (7) tiene tres módulos, cada uno fijado a un módulo convertidor de frecuencia.

FIG. 1

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FIG.3