Turbina eólica de protección contra sobrevoltajes.

Una turbina eólica (1) que tiene un generador de energía (2) para la generación de energía para una primera líneade energía (3a) de una red de energía (3);

en donde la mencionada turbina eólica comprende:

· un primer transformador (100) que tiene una primera bobina primaria (102) conectada al mencionado generadorde energía (2) y una primera bobina secundaria (104) conectada a la mencionada primera línea de energía (3a) paratransformar un primer voltaje primario (vp1) a través de la mencionada bobina primaria (102) a un primer voltajesecundario (vs1) a través de la mencionada primera bobina secundaria (104); y

· un primer circuito eléctrico (106) conectado a la mencionada bobina primaria (102); caracterizada porqueel mencionado primer circuito eléctrico tiene un primer elemento de conmutación (108) para proporcionar un primerrecorrido de la corriente (112) paralelo a la mencionada bobina primaria (102) si el mencionado primer voltajepredeterminado (vs1) excede de un primer voltaje predeterminado en un valor limite, y para desconectar lamencionada primera corriente en un recorrido (112) si el mencionado voltaje (vs1) cae por debajo del mencionadovalor limite de voltaje.

Turbina eólica de protección contra sobrevoltajes Campo de la invención La presente invención está relacionada con una turbina eólica para generar energía para una red de energía eléctrica y en particular con una turbina aérea expuesta a una sobretensión en la parte de la red de energía eléctrica.

Antecedentes de la invención Las turbinas eólicas están expuestas ocasionalmente a una sobretensión desde la parte de la red de energía eléctrica debido a las inestabilidades de la red de energía eléctrica. Usualmente, si los sobrevoltajes exceden de unos valores predeterminados, las turbinas eólicas llegan a desconectarse de la red para evitar cualquier daño en el sistema de la turbina eólica. La desconexión de una turbina eólica de una red de energía eléctrica, no obstante, puede generar unos periodos de tiempo significativos puesto que requiere un tiempo significativo la reconexión de la turbina eólica a la red de nuevo. Incluso la desconexión de las turbinas eólicas de la red de energía en el caso de sobrevoltajes debidos a las inestabilidades en la re pueden contribuir a una inestabilidad adicional en la red eléctrica. La desconexión de una turbina eólica de la red eléctrica en el caso de una inestabilidad puede conducir por tanto a una reacción en cadena que puede generar daños severos en la estabilidad de la red.

Con el fin de solucionar el peligro de la inestabilidad y los daños en la turbina eólica, los proveedores de utilidades de la red requieren usualmente unas tolerancias mínimas de sobrevoltaje que las turbinas eólicas tienen que soportar antes de que puedan desconectarse de la red. Esto ha conducido Al efecto de que en el momento actual, los componentes de las turbinas eólicas actuales que proporcionan un voltaje de 690 Voltios a 50 Hz están diseñadas para poder soportar un sobrevoltaje del 110% en todo momento, con un sobrevoltaje del 115% durante un periodo de 1 segundos, y un sobrevoltaje del 120% con una duración de 100 ms. No obstante, entretanto los países o zonas como Escocia han establecido unos requisitos de sobrevoltaje de la red que precisan una turbina eólica a través de un sobrevoltaje de energía de hasta el 150%. Tales sobrevoltajes es probable que puedan dañar las turbinas eólicas actuales.

El documento WO 2004/098261 describe un sistema de control para los generadores de doble inducción.

Sumario de la invención Con el fin de solucionar los problemas antes mencionados, y en particular poder solucionar el problema de los daños de las turbinas eólicas debido a los sobrevoltajes en la parte de la red de energía, se proporciona una turbina eólica de acuerdo con la reivindicación 1. Los aspectos adicionales, ventajas y características de la presente invención serán evidentes a partir de las reivindicaciones dependientes, incluyendo la descripción y los dibujos adjuntos.

La turbina eólica de acuerdo con la invención incluye una turbina eólica que tiene un generador de energía para generar energía a partir de una red que tenga una primera línea de energía eléctrica, incluyendo además un primer transformador que tiene un primer devanado primario conectado al mencionado generador de energía conectado a la mencionada primera línea de energía para formar un primer voltaje primario a través de una primera bobina primaria a un primer voltaje secundario a través de primera bobina secundaria; la turbina eólica de acuerdo con la invención incluye además un primer circuito eléctrico conectado a la mencionada primera bobina primaria, por lo que el mencionado primer circuito eléctrico tiene un primer elemento de conmutación para proporcionar una primera trayectoria paralela con respecto a la primera bobina mencionada si el mencionado primer voltaje secundario excede de un valor limite del primer voltaje predeterminado.

Con el primer elemento de conmutación del mencionado primer circuito que proporciona un primer trayecto de la corriente en paralelo con la mencionada primera bobina primaria, el primer voltaje primario a través de la primera bobina primaria puede reducirse en comparación con el caso en donde el primer trayecto de la corriente se desconecta. Preferiblemente, el trayecto paralelo incluye un rectificador de reserva con unas resistencias de interrupción y de amortiguación (o bien un inductor amortiguador) . La reducción del primer voltaje puede prevenir que el sobrevoltaje sobre la parte de la red de energía pueda alcanzar a través del generador de energía y en el otro equipo sensible dentro de la turbina. El primer elemento de conmutación permite la activación selectiva de la trayectoria de la corriente paralela solo a veces cuando sea precisa, es decir, durante el sobrevoltaje. De esta forma, con el circuito eléctrico en reserva, la turbina eólica está protegida contra el sobrevoltaje, mientras que consume cualquier energía durante el funcionamiento normal, es decir, sin sobrevoltaje. Con el primer circuito eléctrico, se proporciona una unidad de reserva y de amortiguación que puede cortar los picos de voltaje a unos valores permisibles cuando se presenten unos picos extremo de voltaje en al red de energía (red de utilidad) . Además, con la turbina eólica protegida de esta forma sobre los sobrevoltajes, ya no es necesario el desconectar la turbina eólica de la red de energía. De esta forma, la eficiencia del generador de energía de la turbina eólica puede incrementarse significativamente. Además de ello, la presente invención facilita una implementación muy simple de la protección contra sobrevoltajes, puesto que con los transformadores ya en posición, solo un primer circuito necesita conectarse al primer devanado del primario. De esta forma, las turbinas eólicas ya existentes pueden montarse de nuevo con la protección de sobrevoltajes de acuerdo con la invención.

Puesto que la mayor parte de las redes de energía tienen una primera, segunda y tercer línea de energía para transmitir las corrientes en tres fases distintas, se prefiere que la turbina eólica, además del mencionado primer transformador, tenga un segundo ( y operacionalmente un tercero) transformador con un segundo devanado primario conectado al mencionado generador de energía y un segundo (y opcionalmente un tercero) conectado a la mencionada segunda línea para transformar un segundo voltaje primario a través del mencionado segundo devanado primario (y respectivamente tercero) a través del mencionado segundo devanado secundario. En este caso, se prefiere que al menos dos de los mencionados primeros, segundos y terceros transformadores, pueda existir un trayecto de la corriente paralelo al mencionado primer devanado primario si el respectivo primer, segundo de los voltajes excede de un valor límite del primer voltaje predeterminado. Se prefiere además que el mencionado primer, segundo y/o tercer elementos de conmutación sean del mismo tipo, con el fin de tener el mismo comportamiento de la conmutación.

Preferiblemente, al menos uno del mencionado primer, segundo y tercer circuito eléctrico comprende un respectivo primer, segundo o tercer componente de amortiguación para limitar la corriente del mencionado primer, segundo o tercer trayectorias o sus recorridos de las corrientes. Mediante la limitación la corriente en los trayectos de las respectivas corrientes, es posible controlar la reducción del voltaje de la sobretensión, con el fin de minimizar las distorsiones debidas al primer, segundo o tercer de los circuito eléctricos por una parte y prevenir daños en la turbina eólica por la otra parte.

Breve descripción de los dibujos Se expone una descripción completa de la presente invención, incluyendo el mejor modo de la misma, para un personal técnico ordinario, más en particular en el resto de la memoria presente de la especificación, incluyendo la referencia con las figuras adjuntas, en donde:

La figura 1 es una vista esquemática de una turbina eólica de acuerdo con una primera realización de la presente invención que tiene un trayecto de corriente paralela a cada una de las tres respectivas bobinas;

La figura 2a es una vista esquemática de una turbina eólica de acuerdo con una segunda realización de la presente invención que tiene un trayecto de corriente paralela para cada una de las tres bobinas primarias respectivas, y en donde los inductores se utilizan para limitar las corrientes.

La figura 2b expone las curvas de los voltaje de una línea de energía y el respectivo voltaje primario del circuito eléctrico de la figura 2a.

La figura 3a es una vista esquemática de una turbina eólica de acuerdo con una primera realización de la presente invención que tiene una única corriente paralela a todas las tres bobinas primarias respectivas.

La figura 3b expone las curvas de... [Seguir leyendo]

1.Una turbina eólica (1) que tiene un generador de energía (2) para la generación de energía para una primera línea de energía (3a) de una red de energía (3) ; en donde la mencionada turbina eólica comprende:

• un primer transformador (100) que tiene una primera bobina primaria (102) conectada al mencionado generador de energía (2) y una primera bobina secundaria (104) conectada a la mencionada primera línea de energía (3a) para transformar un primer voltaje primario (vp1) a través de la mencionada bobina primaria (102) a un primer voltaje secundario (vs1) a través de la mencionada primera bobina secundaria (104) ; y

• un primer circuito eléctrico (106) conectado a la mencionada bobina primaria (102) ; caracterizada porque

el mencionado primer circuito eléctrico tiene un primer elemento de conmutación (108) para proporcionar un primer recorrido de la corriente (112) paralelo a la mencionada bobina primaria (102) si el mencionado primer voltaje predeterminado (vs1) excede de un primer voltaje predeterminado en un valor limite, y para desconectar la mencionada primera corriente en un recorrido (112) si el mencionado voltaje (vs1) cae por debajo del mencionado valor limite de voltaje.

2.La turbina eólica (1) de acuerdo con la reivindicación 1 que comprende.

• Un segundo transformador (200) que tiene una segunda bobina primaria (202) conectada al mencionado generador de energía (1) y una segunda bobina (204) secundaria conectada a una segunda línea de energía (3a) de la mencionada red de energía de potencia (3) para transformar un voltaje secundario del primario (vp2) a través de la mencionada bobina primaria del secundario (202) a un segundo voltaje secundario (vs2) a través de la mencionada bobina secundaria (204) ; y

• Un segundo circuito eléctrico (206) conectado a la mencionada bobina secundaria (202) ; en donde el mencionado segundo circuito secundario tiene un segundo elemento de conmutación (208) , para proporcionar un segundo recorrido de corriente (212) paralelo a la mencionada segunda bobina primaria (202) , si el mencionado segundo voltaje secundario (vs2) excede de un valor limite del voltaje secundario predeterminado.

3.La turbina eólica (1) de acuerdo con la reivindicación 2 que comprende:

• Un tercer transformador (300) que tiene una tercera bobina primaria (302) conectada al mencionado generador de energía (1) y una tercera bobina secundaria (304) conectada a una tercera línea de energía (3a) de la mencionada red de energía (3) para transformar un tercer voltaje primario (vp3) a través del mencionado devanado primario (302) a un tercer voltaje secundario (vs3) a través del mencionado devanado tercer secundario (304) ; y

• Un tercer circuito eléctrico (306) conectado a la mencionada primera bobina primaria (302) ; en donde el mencionado tercer circuito tiene un tercer elemento de conmutación (308) para proporcionar un tercer trayecto de corriente (312) paralelo a la mencionada tercer bobina (302) si el mencionado tercer voltaje secundario (vs3) excede de un valor limite de tercer voltaje predeterminado.

4.La turbina eólica (1) de acuerdo con cualquiera de las anteriores reivindicaciones, por lo que al menos uno del mencionado primer circuito eléctrico (106) , segundo circuito eléctrico (206) y el tercer circuito eléctrico (306) comprende un respectivo primero, segundo o tercer componente de amortiguación (110; 210; 310; R13; L10; L20; L30) para limitar la corriente de los mencionados recorridos primero, segundo o tercera de las corrientes (112; 212; 312) .

5. La turbina eólica (1) de acuerdo con la reivindicación 4 por lo que al menos uno de los mencionados primero, segundo y tercer componente de la amortiguación (110; 210, 310) es una resistencia (R13) de un inductor (L10; L20; L30) conectado en serie con el mencionado respectivo primero, segundo o tercer elemento de conmutación (108; 208; 308) .

6.La turbina eólica (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores por lo que al menos uno de los mencionado primer y segundo elementos es capaz de interrumpir la mencionada primera, segunda o tercer corrientes en su recorrido si el respectivo primer, segundo o tercer voltajes (vs1; vs2; vs3) cae por debajo del mencionado primer, segundo o tercer valor del limite del voltaje.

7.La turbina eólica (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores por lo que al menos uno de los mencionados primero, segundo y tercer elementos de conmutación es capaz de conmutar una corriente de más del 0, 01%, preferiblemente más del 0, 1 por ciento e incluso mas preferido en mas del 1 por ciento de la corriente máxima nominal de la mencionada bobina primera, segunda o tercera.

8.La turbina eólica (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores por lo que al menos uno de los mencionados elementos de conmutación comprenden al menos un componente semiconductor de potencia similar a un transistor de potencia, un transistor bipolar de puerta aislada (IG-BT) , un tiristor conmutado de puerta integrada (IGCT) , un transistor de puerta desconectada (GTO) un tiristor, o bien un rectificador controlado por semiconductor

(SCR) .

9.La turbina eólica (1) de acuerdo con cualquiera de las anteriores reivindicaciones, por lo que la conmutación de al menos uno de los mencionados primero, segundo y tercer elemento de conmutación está controlado por una unidad de control que es capaz de detectar cuando el mencionado respectivo voltaje secundario (vs1; vs2; vs3) excede de un valor limite del voltaje primeramente predeterminado.

10. La turbina eólica (1) de acuerdo con cualquiera de las anteriores reivindicaciones, por lo que el primero, segundo y tercer circuitos eléctricos (106; 206; 306) se combinan para tener un recorrido de única corriente (22) .

11. Un método de operar una turbina de eólica que tiene una primera línea para proporcionar energía a una primera línea de energía que incluye las etapas:

Detectar un primer voltaje de la mencionada primera línea de energía; conectando una primera trayectoria de la corriente a la mencionada primera línea en caso de que el mencionado primer voltaje exceda de un valor limite del primer voltaje predeterminado, en donde el recorrido de la primera corriente mencionada está conectado en paralelo con un primer devanado de un primer transformador de conexión a un generador de potencia de la mencionada turbina eólica a la mencionada primera línea de potencia de la mencionada red de potencia; y

Desconexión del mencionado recorrido primero desde la mencionada primera línea en caso de que el mencionado 20 primer voltaje caiga por debajo del mencionado primer valor del límite del voltaje.

12. El método de acuerdo con la reivindicación 11, por lo que el mencionado primer trayecto de corriente está conectado y desconectado por la conmutación de un elemento de conmutación.

13. El método de acuerdo con la reivindicación 12 por lo que el mencionado elemento de conmutación es un componente semiconductor similar a un transistor de potencia, un transistor bipolar de puerta integrada (IGBT) , un

tiristor conmutado de puerta integrada (IGCT) , un transistor de puerta desconectada (GTO) , un tiristor, o bien un rectificador controlado por un semiconductor (SCR) .