Detección de formación de islas en redes eléctricas.

Un aparato (300) para detectar condiciones de formación de islas (aislamiento) en una red eléctrica (302) que tiene una tensión de red eléctrica,

comprendiendo dicho aparato (300):

un detector (312) configurado para monitorizar una señal detectable (306) diferente de la tensión de la red eléctrica en una estación generadora (310), incluyendo la estación generadora (310) al menos una turbina eólica (100) y al menos uno de un acoplador capacitivo (322) y un transformador (324) de tensión; y

un generador (304) de señales configurado para superponer la señal detectable (306) sobre la tensión de la red eléctrica en un punto (308) de red fuera de la estación generadora (310) de monitorización;

caracterizado porque:

dicha estación generadora (310) comprende un conmutador (314) configurado para conmutar dicha estación generadora (310) de un modo de operación conectado a la red a un modo de operación en isla cuando se determina que está ausente la señal detectable (306), comprendiendo dicha señal detectable (306) al menos dos frecuencias simultáneas que no son múltiplos enteros de una frecuencia de la tensión de la red eléctrica.

Detección de formación de islas en redes eléctricas Antecedentes de la invención

La presente invención versa en general sobre la generación eléctrica y, más específicamente, sobre procedimientos y aparatos para detectar la formación de islas (aislamientos) en una instalación de generación eléctrica conectada a una red. Los procedimientos y los aparatos son particularmente aplicables a los parques eólicos, pero no están necesariamente limitados a los mismos.

Un circuito abierto, tal como el causado por la apertura de un conmutador, un disyuntor o un fusible, en una conexión radial entre un parque eólico y una red eléctrica, puede dejar el parque eólico aislado de la red. Este aislamiento se denomina "operación en isla", y está prohibido en vahas normativas de la red eléctrica. Asimismo, la apertura de un disyuntor o un conmutador en una subestación de parque eólico, que da como resultado el aislamiento de un circuito colector de la subestación, aísla la turbina eólica de ese circuito colector de la subestación y de la red. Aunque el parque eólico esté aislado de la red, podría seguir conectado a consumidores fuera del parque eólico. La formación de islas puede dar como resultado un intenso esfuerzo en los equipos, incluyendo altas tensiones, y puede resultar peligroso para el personal de mantenimiento. La evitación del esfuerzo intenso de los equipos puede requerir una detección muy rápida de la condición en isla.

La patente estadounidense n2 6.810.339 B2 describe algunos procedimientos conocidos para eliminar el problema del aislamiento. Estos incluyen procedimientos pasivos, tales como disparos de parada del equipo convertidor por tensión insuficiente o sobretensión y por frecuencia insuficiente o excesiva si la tensión o la frecuencia superan ciertos límites predefinidos. Esquemas adicionales usan una "frecuencia inestable" o una "deriva activa de frecuencia" o un cambio de la salida de potencia real o reactiva de un convertidor. Se da a conocer un procedimiento que se dice que es superior a estos en el que un convertidor detecta un cambio de frecuencia, ascendente o descendente, y provoca un desplazamiento acelerado de la frecuencia en la misma dirección para disparar rápidamente un límite de frecuencia insuficiente/excesiva.

La patente estadounidense n2 6.815.932 B2 describe un procedimiento para controlar un sistema de generadores conectado a un sistema de energía eléctrica para evitar el aislamiento no intencional del generador. El procedimiento usa una combinación de umbrales de características de frecuencia y una técnica de desestabilización activa del ángulo de fase para desestabilizar islas bien o perfectamente adaptadas.

El documento US 3.710.188 (véase el preámbulo de la reivindicación 1) describe un sistema de distribución de red de alta tensión que incluye un disyuntor protector que comprende un relé.

El documento US 2003/0080741 versa sobre técnicas anti-aislamiento para la generación de energía distribuida usando una detección de alteraciones relacionadas con impulsos.

No obstante, la detección fiable del aislamiento mediante la observación pasiva de la tensión, la corriente, la frecuencia y/o el cambio del ángulo de fase ha resultado difícil. Estos procedimientos de detección son, a menudo, incapaces de una detección muy rápida, son susceptibles a una operación espuria causada por incidencias en la red, y pueden verse confundidos por el equilibrio o el cuasiequilibrio entre la energía generada por el parque eólico y la demanda de energía en la zona de la red que está en isla con el parque eólico. La detección mediante la monitorización del estado de conmutación es complicada, requiriendo un caro sistema de comunicaciones. A menudo, se necesita el estado de múltiples dispositivos de conmutación, junto con lógica para tener en cuenta múltiples vías de interconexión.

Breve descripción de la invención

Las reivindicaciones adjuntas definen diversos aspectos y realizaciones de la presente invención.

Se apreciará que las configuraciones de la presente invención proporcionan una detección rápida y fiable de condiciones de aislamiento de generadores, incluyendo generadores individuales de turbinas eólicas en parques eólicos.

Breve descripción de los dibujos

Ahora se describirán realizaciones de la presente invención, únicamente a título de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

La Figura 1 es un dibujo de una configuración ejemplar de una turbina eólica.

La Figura 2 es una vista recortada en perspectiva de una góndola de la configuración ejemplar de turbina eólica mostrada en la Figura 1.

La Figura 3 es un diagrama de bloques de una configuración de un sistema anti-aislamiento instalado en una estación generadora.

La Figura 4 es un diagrama esquemático parcial de una configuración de un acoplamiento de transformador de fase a tierra de un generador de señales (o un receptor de señales) adecuado para la configuración ilustrada en la Figura 3. Aunque los ejemplos de las Figuras 4, 5 y 6 muestran el acoplamiento únicamente a una fase (o a una combinación de fases), la señal también puede ser acoplada a dos o más fases (por ejemplo, las tres fases en un sistema trifásico).

La Figura 5 es un diagrama esquemático parcial de una configuración de un acoplamiento de transformador de fase a fase de un generador de señales (o un receptor de señales) adecuado para la configuración ilustrada en la Figura 3.

La Figura 6 es un diagrama esquemático parcial de una configuración de un acoplamiento capacitivo de fase a tierra de un generador de señales (o un receptor de señales) adecuado para la configuración ¡lustrada en la Figura 3.

Descripción detallada de la invención

En algunas configuraciones de la presente invención, se detecta el aislamiento de una estación generadora con respecto a la red eléctrica usando una señal superpuesta a la tensión de la frecuencia industrial en un punto adecuado. En el caso de que la estación generadora sea un parque eólico, esta señal es monitorizada continuamente (o casi continuamente) en cada turbina eólica. La ausencia de la señal monitorizada implica que la turbina eólica está aislada eléctricamente del punto de inyección de la señal, lo que puede ser interpretado como evidencia de aislamiento. El generador de turbina eólica puede dispararse como respuesta, o el modo de control del generador puede cambiar de un modo apropiado para la operación con conexión a la red (por ejemplo, el control de la fuente de la corriente) a un modo apropiado para la operación aislada (es decir, en isla) (por ejemplo, el control de la fuente de tensión de frecuencia fija).

La frecuencia y las características de la señal inyectada son escogidas de modo que la detección del aislamiento pueda ser rápida, fiable y segura, sin interferir en la calidad de potencia o en otros sistemas de comunicaciones. En muchas configuraciones, difiere sustancialmente de las tensiones y/o las corrientes transitorias y armónicas generadas en un parque eólico para evitar detectar erróneamente una condición conectada cuando se ha producido un aislamiento. Se fomenta la seguridad inyectando dos frecuencias, simultáneamente, ninguna de las cuales es un múltiplo entero de la frecuencia industrial.

En algunas configuraciones de la presente invención, la señal es monitorizada en el nivel de baja tensión al que está conectada la turbina eólica. Normalmente, la señal se conectaría en el bus colector de media tensión o en el sistema de transmisión de alta tensión. En tales configuraciones, el sistema se configura de modo que la señal se propague por transformadores de alta tensión y media tensión sin excesiva atenuación. En algunas configuraciones, la señal es monitorizada en el lado de media tensión de los transformadores elevadores de la turbina eólica, usando acopladores capacitivos o transformadores de tensión.

En algunas configuraciones y con referencia a la Figura 1, una turbina eólica 100 comprende una góndola 102 que aloja un generador (no mostrado en la Figura 1). La góndola 102 está montada encima de una torre elevada 104, de la que solo se muestra una porción en la Figura 1. La turbina eólica 100 también comprende un rotor 106 que incluye una o más palas 108 de rotor unidas a un cubo giratorio 110. Aunque la turbina eólica 100 ilustrada en la Figura 1 incluye tres palas 108 de rotor, no hay ningún límite específico al número de palas 108 de rotor requeridas por la presente invención.

En algunas configuraciones y con referencia a la Figura 2, hay diversos componentes alojados en la góndola 102 encima de la torre 104 de la turbina eólica 100.... [Seguir leyendo]

1. Un aparato (300) para detectar condiciones de formación de islas (aislamiento) en una red eléctrica (302) que tiene una tensión de red eléctrica, comprendiendo dicho aparato (300):

un detector (312) configurado para monitorizar una señal detectable (306) diferente de la tensión de la red 5 eléctrica en una estación generadora (310), incluyendo la estación generadora (310) al menos una turbina

eólica (100) y al menos uno de un acoplador capacitivo (322) y un transformador (324) de tensión; y un generador (304) de señales configurado para superponer la señal detectable (306) sobre la tensión de la red eléctrica en un punto (308) de red fuera de la estación generadora (310) de monitorización; caracterizado porque:

dicha estación generadora (310) comprende un conmutador (314) configurado para conmutar dicha

estación generadora (310) de un modo de operación conectado a la red a un modo de operación en isla cuando se determina que está ausente la señal detectable (306), comprendiendo dicha señal detectable (306) al menos dos frecuencias simultáneas que no son múltiplos enteros de una frecuencia de la tensión de la red eléctrica.

2. Un aparato (300) según la Reivindicación 1, en el que la señal detectable (306) difiere de las tensiones

transitorias y armónicas generadas, de las corrientes o de ambas.

3. Un aparato (300) según las Reivindicaciones 1 o 2, en el que dicho detector (312) está configurado, además, para monitorizar la señal detectable (306) a un nivel de baja tensión al que está conectado el generador (304).

4. Un aparato (300) según la Reivindicación 3, en el que dicho generador (304) está configurado, además, para

inyectar la señal detectable (306) ya sea en un bus colector (316) de media tensión o en un sistema (318) de

transmisión de alta tensión.

5. Un aparato (300) según cualquier Reivindicación precedente, en el que la estación generadora (310) es un parque eólico que comprende varias turbinas eólicas (100).

6. Un aparato (300) según cualquier Reivindicación precedente, en el que dicho detector (312) comprende un

acoplador capacitivo (322) o un transformador (324) de tensión acoplado eléctricamente al lado de media

tensión de un transformador elevador (326) de la turbina eólica.