Sistema y procedimiento para configurar, poner en servicio y controlar el funcionamiento de una central eólica.

Un sistema y un procedimiento para configurar, poner en servicio y controlar el funcionamiento de una central eólica con una pluralidad de generadores de turbina eólica (WTG) conectados a una red eléctrica,

incluye un controlador de central de energía reconfigurable (100) que comprende: un primer regulador (101) de potencia activa según uno o más modos de control seleccionables; un segundo regulador (102) para regular al menos una variable eléctrica entre la tensión, el factor de potencia y la potencia reactiva según uno o más modos de control seleccionables; un sistema de gestión (103) conectado al primer y al segundo reguladores que determina los modos de control que se seleccionan simultáneamente y su parametrización en función de variables eléctricas de la red eléctrica, señales de comando o una planificación, y que comprende una unidad de compatibilidad de modos de control (104) y una unidad de priorización de modos de control (105).

SISTEMA Y PROCEDIMIENTO PARA CONFIGURAR, PONER EN SERVICIO Y CONTROLAR EL FUNCIONAMIENTO DE UNA CENTRAL EÓLICA

CAMPO DE LA INVENCiÓN

La invención se refiere a un sistema y a un procedimiento para configurar, poner en servicio y controlar el funcionamiento de una central eólica que comprende una pluralidad de generadores de turbina eólica que están conectados de manera operativa a una red eléctrica.

ANTECEDENTES DE LA INVENCiÓN

Una central eólica, denominada también como un parque eólico, comprende una pluralidad de generadores de turbina eólica que convierten la energía cinética del viento en electricidad. La contribución global de todos los generadores de turbina eléctrica constituye la producción energética de la central eólica.

Los problemas asociados con la producción de electricidad en una central eólica son muy diferentes de los de otras centrales de energía convencionales, como las que funcionan a base de carbón o gas.

En primer lugar, el recurso natural utilizado en cada caso tiene un comportamiento muy diferente. El viento es un recurso intermitente e impredecible, lo que no permite garantizar que la producción de potencia activa de la central eólica en un momento dado pueda satisfacer una demanda objetivo, que también es variable.

En segundo lugar, aunque en las centrales de energía convencionales los generadores de turbina son máquinas síncronas acopladas directamente a una red eléctrica, los generadores de turbina eólica pueden ser asíncronos y, normalmente, presentan convertidores de energía que desacoplan el generador con respecto a la red.

Una central eólica está conectada normalmente a una red eléctrica, a la que también están conectadas otras centrales de energía y cargas. El desequilibrio entre la energía producida por todas las centrales de energía y la energía requerida por las cargas da como resultado, por ejemplo, frecuentes variaciones de tensión que complican aún más el suministro de energía estable a la red.

Para controlar las variables eléctricas en el punto de conexión a la red, la central eólica necesita utilizar un regulador.

Algunos intentos para regular las variables eléctricas de una central eólica conectada de manera operativa a una red eléctrica se han centrado solamente en regular la potencia activa producida por la central, tal como, por ejemplo, los reguladores descritos en las publicaciones de patente W02012/019609 y EP1571746.

Otros intentos se han dirigido a regular el bucle de potencia reactiva. En ese sentido, el documento US2010/0312409 desvela un parque eólico en el que dos variables eléctricas relacionadas con la potencia reactiva, en concreto el factor de potencia y la tensión, se controlan simultáneamente.

Para hacer que el funcionamiento de una central eólica sea similar al de una central de energía convencional, es necesario regular simultáneamente el bucle de potencia activa y el bucle de potencia reactiva.

Sin embargo, la regulación simultánea no es sencilla, ya que los modos de control utilizados en un bucle de regulación dado afectan directamente al otro bucle de regulación. Por ejemplo, el modo de control del factor de potencia o la limitación de potencia aparente utilizados en el bucle de regulación de potencia reactiva dependen directamente de la producción de potencia activa. Además, la potencia producida por los generadores de turbina eólica está relacionada con la capacidad de producción de potencia reactiva a través de sus curvas PQTV. Además, la potencia activa afecta al valor de la tensión en el punto de conexión a la red cuando la relación de cortocircuitos en la red es baja o cuando la relación de la resistencia respecto de la reactancia es alta.

Además, los usuarios, los operadores del sistema de transmisión o las legislaciones locales pueden requerir la implementación de diferentes modos de control en el bucle de regulación de potencia activa o en el bucle de regulación de potencia reactiva, o incluso la selección de diferentes modos de control en momentos diferentes.

Algunas soluciones ofrecen un cierto grado de flexibilidad en la manera de regular una variable eléctrica de una central eólica al permitir que el operador seleccione un modo de control.

Por ejemplo, el documento EP2375562 desvela un sistema de generadores de turbina eólica que comprende dos reguladores, uno que regula la potencia reactiva y otro que regula el factor de potencia, conectados a una unidad de cambio de control que permite seleccionar uno de los dos modos de control. A pesar de proporcionar cierta flexibilidad, esta solución solo proporciona un modo de control en un momento dado.

Asimismo, el documento US2011/0148114 desvela un sistema para controlar el funcionamiento de una central eólica en la que la regulación de una variable eléctrica de la energía eólica se define por un modelo seleccionado a partir de una pluralidad de modelos.

Un objeto de la presente invención es proporcionar un sistema y un procedimiento que permitan configurar, poner en servicio y controlar el funcionamiento de una central eólica de manera que se comporte como una central de energía convencional que proporcione al operador del sistema de transmisión, o a los usuarios finales, la misma calidad de servicio que la proporcionada por las centrales de energía convencionales.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar un sistema y un procedimiento para controlar el funcionamiento de una central eólica que permita la regulación simultánea del bucle de potencia activa y del bucle de potencia reactiva.

Otro objeto adicional de la presente invención es presentar un sistema y un procedimiento que permitan controlar el funcionamiento de la central eólica con una mayor flexibilidad y adaptabilidad.

RESUMEN DE LA INVENCiÓN

El objeto de la presente invención se consigue con el sistema según la reivindicación 1 y con el procedimiento según la reivindicación 13. En las reivindicaciones dependientes se describen otras realizaciones.

La presente invención se refiere a un sistema para configurar, poner en servicio y controlar el funcionamiento de una central eólica que presenta una pluralidad de generadores de turbina eólica que están conectados de manera operativa a una red eléctrica. Dicho sistema incluye un controlador de central de energía reconfigurable que comprende: -un primer regulador para regular la potencia activa en un punto de regulación de la red eléctrica según uno o más modos de control que pueden seleccionarse a partir de una primera pluralidad de modos de control; -un segundo regulador para regular al menos una variable eléctrica del grupo formado por la tensión, el factor de potencia y la potencia reactiva en un punto de regulación de la red eléctrica según uno o más modos de control que pueden seleccionarse a partir de una segunda pluralidad de modos de control; y -un sistema de gestión conectado de manera operativa al primer regulador y al segundo regulador que determina de manera dinámica los modos de control que se seleccionan simultáneamente en un momento dado en el primer y en el segundo regulador y la parametrización de dichos modos de control en función de los valores de una pluralidad de variables eléctricas de la red eléctrica, señales de comando o una planificación.

Dicho sistema de gestión comprende: -una unidad de compatibilidad de modos de control que determina, según una tabla de compatibilidad predefinida, la compatibilidad de cualquier nuevo modo de control que se seleccionará en uno de entre el primer y el segundo regulador con los modos de control actualmente seleccionados; y -una unidad de priorización de modos de control que establece, según un conjunto predefinido de reglas de prioridad, la secuencia en la que los modos de control seleccionados se implementan en el primer y en el segundo regulador.

La presencia del sistema de gestión para garantizar la compatibilidad de los modos de control seleccionados e implementar esos modos de control según las reglas de prioridad permite que el controlador de central de energía consiga regular simultáneamente el bucle de potencia activa y el bucle de potencia reactiva, evitando los inconvenientes de los sistemas de la técnica anterior.

Preferentemente, la primera pluralidad de modos de control comprende un modo de potencia activa disponible, un modo de restricción de rampa, un modo de control de delta, un modo de control de equilibrio, un modo de producción limitada de potencia activa, un modo de control de potencia activa y de frecuencia y un modo de emulación de inercia.

Preferentemente, la segunda pluralidad de modos de control comprende un modo...

1. Un sistema para configurar, poner en servicio y controlar el funcionamiento de una central eólica que presenta una pluralidad de generadores de turbina eólica (WTG) que están conectados de manera operativa a una red eléctrica, incluyendo el sistema un controlador de central de energía reconfigurable (100) que comprende: -un primer regulador (101) para regular la potencia activa en un punto de regulación de la red eléctrica según uno o más modos de control que se seleccionan a partir de una primera pluralidad de modos de control; -un segundo regulador (102) para regular al menos una variable eléctrica del grupo formado por la tensión, el factor de potencia y la potencia reactiva en un punto de regulación de la red eléctrica según uno o más modos de control que se seleccionan a partir de una segunda pluralidad de modos de control; -un sistema de gestión (103) conectado de manera operativa al primer regulador y al segundo regulador que determina de manera dinámica los modos de control que se seleccionan simultáneamente en un momento dado en el primer y en el segundo regulador y la parametrización de dichos modos de control en función de los valores de unas variables eléctricas de la red eléctrica, señales de comando o una planificación; en el que el sistema de gestión comprende -una unidad de compatibilidad de modos de control (104) que determina, según una tabla de compatibilidad predefinida, la compatibilidad de cualquier nuevo modo de control que se seleccionafá en uno de entre el primer y el segundo regulador con los modos de control actualmente seleccionados; y -una unidad de priorización de modos de control (105) que establece, según un conjunto predefinido de reglas de prioridad, la secuencia en la que los modos de control seleccionados se implementan en el primer y en el segundo regulador.

2. El sistema según la reivindicación 1, en el que la primera pluralidad de modos de control comprende un modo de potencia activa disponible, un modo de restricción de rampa, un modo de control de delta, un modo de control de equilibrio, un modo de producción limitada de potencia activa, un modo de control de potencia activa y de frecuencia y un modo de emulación de inercia.

3. El sistema según la reivindicación 1 ó 2, en el que la segunda pluralidad de modos de control comprende un modo de control de factor de potencia, un modo de control de potencia reactiva, un modo de control de tensión, un modo de control estático de tensión/potencia reactiva, un modo de control de factor de potencia/potencia activa, un modo de control de potencia reactiva con una producción de potencia activa aproximadamente igual a cero, un modo de producción limitada de potencia aparente y un modo en espera de potencia reactiva.

4. El sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que al menos dos modos de control seleccionados en uno de entre el primer regulador

(101) Y el segundo regulador (102) se implementan al mismo tiempo, y en el que uno de dichos al menos dos modos de control es el modo de control de potencia activa y de frecuencia, el modo de producción limitada de potencia activa o el modo de producción limitada de potencia aparente.

5. El sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el sistema de gestión (103) suspende la implementación de uno de los dos modos de control seleccionados cuando el otro de los dos modos de control seleccionados se implementa en el mismo regulador, y en el que preferentemente uno de los dos modos de control seleccionados es el modo de control de potencia reactiva cuando la producción de potencia activa es aproximadamente igual a cero.

6. El sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la unidad de priorización de modos de control (105) da prioridad a los modos de control seleccionados del primer regulador (101) sobre los modos de control seleccionados del segundo regulador (102) .

7. El sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la unidad de priorización de modos de control (105) da prioridad al modo de emulación de inercia sobre cualquier otro modo de control seleccionado del primer regulador (101) ; y/o en el que la unidad de priorización de modos de control (105) da prioridad al modo de producción limitada de potencia aparente sobre cualquier otro modo de control seleccionado del segundo regulador (102) ; y/o en el que la unidad de priorización de modos de control (105) establece la prioridad de un modo de control seleccionado en función de una variable eléctrica de la red eléctrica.

8. El sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la central eólica comprende un transformador de subestación dispuesto entre la pluralidad de generadores de turbina eólica (WTG) y la red eléctrica, y en el que el punto de regulación del primer regulador o del segundo regulador está en el punto de acoplamiento común a la red eléctrica.

9. El sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la central eólica comprende una unidad de supervisión y de adquisición de datos (SCADA) , en el que dicha unidad detecta uno o más valores de unas de variables eléctricas en un punto de medición de la red eléctrica, y/o en el que el punto de regulación del primer regulador (101) y del segundo regulador (102) es diferente del punto de medición.

10. El sistema según la reivindicación 9, en el que el sistema de gestión (103)

comprende:

-un medio de programación local (202) para programar el controlador de

central de energía reconfigurable (100) en función de señales de comando recibidas desde la unidad de supervisión y de adquisición de datos (SCADA) ;

-un medio de programación remoto (203) para programar el controlador de

central de energía reconfigurable (100) en función de señales de comando recibidas desde un operador del sistema de transmisión (TSO) a través de señales digitales o comunicaciones; y

-un medio de programación automático (204) para programar el controlador de

central de energía reconfigurable (100) en función de unos valores obtenidos de cálculos con unas variables eléctricas de la red eléctrica o en función de una planificación.

11. El sistema según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que los modos de control seleccionados en el primer regulador (101) comprenden el modo de control de potencia activa y de frecuencia y al menos uno de entre el modo de potencia activa disponible y el modo de emulación de inercia.

12. El sistema según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el modo de control de delta se selecciona en el primer regulador (101) y el modo de producción limitada de potencia aparente se selecciona en el segundo regulador (102) .

13. Un procedimiento para configurar, poner en servicio y controlar el funcionamiento de una central eólica que comprende una pluralidad de generadores de turbina eólica (WTG) que están conectados de manera operativa a una red eléctrica y un controlador de central de energía reconfigurable (100) , comprendiendo el procedimiento las etapas de: -proporcionar un primer regulador (101) para regular la potencia activa en un punto de regulación de la red eléctrica según uno o más modos de control que

se seleccionan a partir de una primera pluralidad de modos de control;

-proporcionar un segundo regulador (102) para regular al menos una variable

eléctrica del grupo formado por la tensión, el factor de potencia y la potencia reactiva en un punto de regulación de la red eléctrica según uno o más modos de control que se seleccionan a partir de una segunda pluralidad de modos de control;

-configurar (301) el controlador de central de energía reconfigurable para

definir su configuración (100) ;

-poner en servicio (302) el controlador de central de energía reconfigurable

para iniciar el funcionamiento según la configuración predefinida (100) ;

-determinar dinámicamente los modos de control de la primera pluralidad y de

la segunda pluralidad de modos de control que es necesario seleccionar

simultáneamente en cualquier momento dado y la parametrización de dichos modos de control en función de los valores de una pluralidad de variables eléctricas de la red eléctrica, señales de comando o una planificación;

-determinar, según una tabla de compatibilidad predefinida, la compatibilidad

de cualquier nuevo modo de control que se seleccionafá en una de la primera pluralidad y la segunda pluralidad de modos de control con los modos de control actualmente seleccionados;

-seleccionar cualquier nuevo modo de control compatible en uno de entre el

primer y el segundo regulador (101, 102) ;

-establecer una secuencia de prioridad para los modos de control

seleccionados según un conjunto predefinido de reglas de prioridad; y

-configurar el primer y el segundo regulador (10 1, 102) para implementar los

modos de control seleccionados según la secuencia de prioridad establecida.

14. El procedimiento según la reivindicación 13, en el que la etapa de configurar el controlador de central de energía reconfigurable para definir su configuración comprende las etapas de: -seleccionar un código de red eléctrica (402) en función de la región geográfica

en la que está instalada la central eólica;

- determinar los modos de control requeridos (403) para la primera pluralidad y

para la segunda pluralidad de modos de control en función de la selección de

código de red eléctrica;

5 -definir el comportamiento y la parametrización de cada uno de los modos de

control requeridos (404) ;

- definir una tabla de compatibilidad entre los modos de control requeridos

(405) ; y

- definir un conjunto de reglas de prioridad entre los modos de control

10 requeridos que pueden seleccionarse simultáneamente (406) .

15. El procedimiento según la reivindicación 13 ó 14, en el que la etapa de poner

en servicio el controlador de central de energía reconfigurable para iniciar el

funcionamiento según la configuración predefinida comprende las etapas de:

15 -comunicarse con el operador del sistema de transmisión (501) ;

- aplicar la configuración al controlador d, ª-J::entrª1 de energía reconfigurable

(502) ;

- iniciar el funcionamiento de la central eólica; y

- validar el rendimiento de los modos de control seleccionados (503) .

20

Modo de control Referencia Parámetros

'.202

Referencia Parámetros ........... -:'----

FIG. 2

\

I I I

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I

J

l.

I I

J

~-~---, ;~

~

J 301

Configurar

--

,

J 302

Poner en servicio ....

J 303

Integración y funcionamiento

FIG. 3

400

~

Definición de

Construcción de WPP

compatibilidades Definición de

Selección de código de red

p'rlorldades Ir

Definición de cambios de modos

Definición de modos de control

de control y comportamiento ,

) J8

Parametrlzación Verificación de configuración 4 7

FIG. 4

~

l5501

Comunicación con el T50

502

Cambios en tiempo real l5

o automáticos

Ir l5503

Pruebas ,

Ajustes l5

FIG. 5

~

ISCADAI

I ( 102 ) 101 Y 102 ( 101

J "

, ~ , ----~---~~---------~~~--,

F.IG., 6

Nueva señal Nº solicitudF.EfectivaF.OEPM10/09/201310/09/2013comando para 102

Estado (503

actual 102

Orden para 102 Estado actual 101

Orden para 101 y 102

FIG. 7