Disposición de controladores de un sistema de transferencia de potencia eléctrica de una turbina eólica.

Un sistema que comprende una turbina eólica, un generador eléctrico,

un sistema de transferencia de potencia eléctrica (1) y una red de suministro eléctrico, en el que el sistema de transferencia de potencia (1) se dispone para transferir potencia eléctrica del generador a una red de suministro eléctrico;

en el que el sistema de transferencia de potencia (1) comprende al menos dos elementos eléctricos (2-6) y al menos dos controladores (15-17), dispuesto cada uno para controlar al menos un elemento (2-6);

en el que al menos un controlador (15-17) se dispone para controlar solo uno de los elementos (2-6) así como al menos dos de los elementos (2-6); y

la disposición de controladores permite que un primer elemento (2-6) sea controlado por un primer controlador (15-17) y un segundo elemento (2-6) sea controlado por un segundo controlador (15-17), así como que el primer y el segundo elemento (2-6) sean controlados por el primer controlador (15-17) mientras que el primer o el segundo elemento (2-6) no es controlado por el segundo controlador (15-17).

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E11010072.

Solicitante: VESTAS WIND SYSTEMS A/S.

Nacionalidad solicitante: Dinamarca.

Dirección: Hedeager 44 8200 Aarhus N DINAMARCA.

Inventor/es: Tripathi,Anshuman, OPINA,GIL JR LAMPONG, GUPTA,AMIT KUMAR, FONN,SWEE YEE, LIAW,TZE YANG.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • H02J3/38 SECCION H — ELECTRICIDAD.H02 PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA ELECTRICA.H02J CIRCUITOS O SISTEMAS PARA LA ALIMENTACION O DISTRIBUCION DE ENERGIA ELECTRICA; SISTEMAS PARA LA ACUMULACION DE ENERGIA ELECTRICA (circuitos de alimentación de energía paralos aparatos de medida de rayos X, rayos gamma, radiaciones corpusculares o de las radiaciones cósmicas G01T 1/175; circuitos de alimentación de energía eléctrica especialmente adaptados para su uso en relojes electrónicos sin partes móviles G04G 19/00; para computadores digitales G06F 1/18; para los tubos de descargar H01J 37/248; circuitos o aparatos para la conversión de la potencia eléctrica, disposiciones para su control o regulación H02M; control de una combinación máquina motriz-generador, control interrelacionado de varios motores H02P; control de energía a alta frecuencia H03L; utilización complementaria de línea o red de energía para transmisión de información H04B). › H02J 3/00 Circuitos para redes principales o de distribución, de corriente alterna. › Disposiciones para la alimentación en paralelo de una sola red por dos o más generadores, convertidores o transformadores.

PDF original: ES-2532995_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Disposición de controladores de un sistema de transferencia de potencia eléctrica de una turbina eólica

La invención se refiere al campo de la conversión de energía eólica y, por ejemplo, a un sistema que comprende una turbina eólica, un generador eléctrico, un sistema de transferencia de potencia eléctrica, y una red de suministro eléctrico.

Antecedentes

El documento EP 2 161 443 A2 describe una turbina eólica con un generador y un sistema de transferencia de potencia para suministrar potencia eléctrica a una red de distribución. El sistema de transferencia de potencia tiene un controlador maestro y dos convertidores de potencia, un convertidor principal y uno auxiliar, cada uno de los cuales incluye controladores esclavos adaptados adecuadamente. En caso de emergencia el controlador (anteriormente esclavo) del convertidor auxiliar funciona como un maestro independiente para regular el flujo de potencia a una red de suministro interna.

El documento EP describe, en relación a un generador eléctrico, un freno dinámico y un circuito de palanca, diseñados para cooperar con convertidores de potencia para descargar potencia tras una orden.

Resumen de la invención

Se proporciona un sistema que comprende una turbina eólica, un generador eléctrico, un sistema de transferencia de potencia eléctrica, y una red de suministro eléctrico. El sistema de transferencia de potencia se dispone para transferir potencia eléctrica del generador a la red de suministro eléctrico. El sistema de transferencia de potencia comprende al menos dos elementos eléctricos y al menos dos controladores dispuestos cada uno para controlar al menos un elemento, en el que al menos un controlador se dispone para controlar solo uno de los elementos así como al menos dos de los elementos. La disposición de controladores permite que un primer elemento sea controlado por un primer controlador y que un segundo elemento sea controlado por un segundo controlador, así como que el primer y el segundo elemento sean controlados por el primer controlador mientras que el primer o el segundo elemento no es controlado por el segundo controlador.

De acuerdo con otro aspecto, se proporciona un procedimiento de control de una disposición de controladores de un sistema de transferencia de potencia eléctrica de una turbina eólica. La turbina eólica comprende un generador eléctrico y se conecta a una red de suministro eléctrico. El sistema de transferencia de potencia se dispone para transferir potencia eléctrica del generador a la red de suministro eléctrico. Además, el sistema de transferencia de potencia comprende al menos dos elementos y al menos dos controladores dispuestos cada uno para controlar al menos un elemento, en el que al menos un controlador se dispone para controlar solo uno de los elementos así como al menos dos de los elementos. El procedimiento comprende: conmutar entre 1) controlar un primer elemento con un primer controlador y un segundo elemento con un segundo controlador y 2) controlar el primer y el segundo elemento con el primer controlador mientras no se controla el primer o el segundo elemento con el segundo controlador.

Otras características son inherentes a los productos y procedimientos dados a conocer o serán evidentes para aquellos expertos en la técnica de la siguiente descripción y de los dibujos adjuntos.

Breve descripción de los dibujos

Los modos de realización de la presente invención se explican a modo de ejemplo con referencia los dibujos adjuntos, en los cuales:

la fig. 1 es un dibujo esquemático de una disposición de un sistema de transferencia de potencia con un enfoque en los elementos del sistema,

la fig. 2 es un dibujo esquemático de una disposición de la transferencia de potencia con un enfoque en los controladores del sistema,

las fig. 3a y 3b son dibujos esquemáticos de dos trayectorias de potencia del sistema de transferencia de potencia que muestran la repartición de los controladores,

la fig. 3c es un dibujo esquemático de etapas de traspaso, y

la fig. 4 es un diagrama esquemático que muestra la comunicación de los controladores.

Los dibujos y la descripción de los dibujos son de modos de realización de la invención y no de la propia invención. Descripción detallada

Los modos de realización se refieren a una disposición de controladores de un sistema de transferencia de potencia

eléctrica de una turbina eólica y a un procedimiento para su control. La turbina eólica produce potencia eléctrica al accionar el generador con un rotor de la turbina eólica. La potencia generada se transfiere mediante el sistema de transferencia de potencia del generador a una red de suministro eléctrico, por ejemplo una red pública conectada a la turbina eólica. Para esta funcionalidad, el sistema de transferencia comprende elementos eléctricos, por ejemplo un convertidor de potencia, componentes de potencia (por ejemplo, filtros, disyuntores/contactos, etc.) y/o un transformador, y controladores para controlar los elementos. El generador y la red son al menos una fuente y una carga de potencia eléctrica, respectivamente.

La repartición de controladores se ve facilitada mediante al menos un primer controlador que se dispone para controlar solo uno de los elementos así como al menos dos de ellos. Asi pues, es posible conmutar entre al menos dos modos de funcionamiento: 1) controlar un primer elemento con el primer controlador y (controlar independientemente) un segundo elemento con un segundo controlador (denominado en lo que sigue como modo "independiente"). Y, para obedecer la repartición, 2) controlar el primer y el segundo elemento con el primer controlador mientras que no se controla el primer o el segundo elemento con el segundo controlador (denominado en lo que sigue como "modo de repartición"). En el modo de repartición, el segundo elemento (que se controlaba anteriormente mediante el segundo controlador, de acuerdo con el modo independiente) se controla ahora mediante el primer controlador, mientras que el primer controlador controla (todavía) el primer elemento. Así pues, el primer controlador se reparte para controlar ambos, el primer y el segundo elemento. La repartición del controlador puede mejorar el rendimiento y/o fiabilidad del sistema de transferencia de potencia y/o proporcionar redundancia.

Antes de volver a la descripción detallada de los modos de realización basándose en los dibujos, se analizarán unos pocos elementos más generales de modos de realización.

En algunos de los modos de realización, el modo independiente es un modo de funcionamiento normal de la turbina eólica. En lo que sigue, el término "modo normal" describe un modo de funcionamiento, en el que la turbina eólica está produciendo potencia eléctrica mientras que el sistema de transferencia de potencia está trabajando sin fallos. En algunos modos de realización, el modo de repartición es un modo normal de la turbina eólica. Como el primer controlador controla el segundo elemento en el modo de repartición, el segundo controlador se puede apagar, aumentando así la vida útil y la disponibilidad de potencia de la turbina a la red. En algunas implementaciones, el sistema de transferencia de potencia se dispone para operar en ambos modos, modo independiente y de repartición, como modos normales.

En algunos modos de realización, la conmutación entre los al menos dos modos de funcionamiento (modo Independiente y de repartición) se dispara por una condición de fallo. No obstante, se debe indicar que la conmutación entre los al menos dos modos se puede disparar igualmente por cualquier otra condición relativa a la mejora de rendimiento del sistema de transferencia de potencia en otros modos de realización. En una ¡mplementaclón, el modo de funcionamiento conmuta del modo independiente al modo de repartición como respuesta a la condición de fallo, cancelando así el control del segundo elemento por el segundo controlador. (Así pues, el modo de repartición no es un modo normal). Por lo tanto, el segundo controlador ya no es necesario para controlar el segundo elemento y un fallo provocado por el segundo controlador no afectará al buen estado del sistema de transferencia de potencia. Modos de realización adicionales, relativos a la cooperación de los elementos y controladores, se describen a continuación.

En algunos modos de realización, los elementos están asociados con controladores, por ejemplo el número de controladores es el mismo que el número de elementos controlados por estos controladores, o, alternativamente, el número de elementos controlados es el doble del número de controladores correspondientes.

Antes de describir más detalles relativos al funcionamiento y repartición... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un sistema que comprende una turbina eólica, un generador eléctrico, un sistema de transferencia de potencia eléctrica (1) y una red de suministro eléctrico, en el que el sistema de transferencia de potencia (1) se dispone para transferir potencia eléctrica del generador a una red de suministro eléctrico;

en el que el sistema de transferencia de potencia (1) comprende al menos dos elementos eléctricos (2-6) y al menos dos controladores (15-17), dispuesto cada uno para controlar al menos un elemento (2-6);

en el que al menos un controlador (15-17) se dispone para controlar solo uno de los elementos (2-6) así como al menos dos de los elementos (2-6); y

la disposición de controladores permite que un primer elemento (2-6) sea controlado por un primer controlador (15-17) y un segundo elemento (2-6) sea controlado por un segundo controlador (15-17), así como que el primer y el segundo elemento (2-6) sean controlados por el primer controlador (15-17) mientras que el primero el segundo elemento (2-6) no es controlado por el segundo controlador (15-17).

2. El sistema de la reivindicación 1, en el que al menos dos de los elementos (4, 5, 6) son convertidores de

potencia eléctrica y al menos dos de los controladores son controladores del convertidor (16).

3. El sistema de la reivindicación 1 o 2, en el que el sistema de transferencia de potencia (1) comprende al menos un convertidor de CA/CC (4) y al menos un convertidor de CC/CA (5) como elementos y comprende al menos un enlace de CC (7) dispuesto para acoplar al menos un convertidor de CA/CC (4) y al menos un convertidor de CC/CA (5).

4. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que al menos dos de los elementos son unidades de disipación de potencia (6) y al menos dos de los controladores son controladores (17) de la unidad de disipación de potencia.

5. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que al menos uno del generador y de la red de

suministro eléctrico proporcionan como elementos al menos dos fuentes (2) y al menos dos cargas (3),

respectivamente, y en el que al menos dos de los controladores son controladores de gestión de fuente- carga (15), dispuesto cada uno para monltorlzar al menos una de la fuente (2) y la carga (3).

6. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que al menos el primer controlador (15-17) está dispuesto para controlar uniformemente al menos dos elementos (2-6).

7. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que al menos el primer controlador (15-17) se dispone para controlar al menos dos elementos (2-6) independientemente.

8. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que al menos el segundo controlador (15-17) se dispone para generar una señal destinada a al menos el primer controlador (15-17) para proporcionar al menos una de información acerca de sí mismo e información acerca de al menos uno de los elementos (2-6) controlados por él.

9. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que al menos el segundo controlador (15-17) se dispone para generar una señal de radiodifusión para proporcionar al menos una de información acerca de sí mismo e información acerca de al menos uno de los elementos (2-6) controlados por él.

10. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que al menos el primer controlador (15-17) se dispone para decidir aisladamente si controlar tan solo un elemento (2-6) o controlar al menos dos elementos (2-6) al mismo tiempo.

11. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que el sistema de transferencia de potencia (1) comprende al menos un convertidor de potencia eléctrica (4, 5), al menos un controlador del convertidor (16) y al menos un controlador (17) de la unidad de disipación de potencia, en el que el controlador del convertidor (16) se dispone para proporcionar al menos una de información acerca de sí mismo e información acerca del convertidor (4, 5) al controlador (17) de la unidad de disipación de potencia.

12. Un procedimiento para controlar una disposición de control de un sistema de transferencia de potencia eléctrica (1) de una turbina eólica, en el que la turbina eólica comprende un generador eléctrico y se conecta a una red de suministro eléctrico, y en el que el sistema de transferencia de potencia (1) se dispone para transferir potencia eléctrica del generadora la red de suministro eléctrico;

en el que el sistema de transferencia de potencia (1) comprende al menos dos elementos (2-6) y al menos dos controladores (15-17), dispuestos cada uno para controlar al menos un elemento (2-6);

en el que al menos un controlador (15-17) se dispone para controlar solo uno de los elementos así como al

menos dos de los elementos (2-6); comprendiendo el procedimiento: conmutar entre

controlar un primer elemento (2-6) con un primer controlador (15-17) y un segundo elemento (2-6) con un 5 segundo controlador (15-17) y

controlar el primer y el segundo elemento (2-6) con el primer controlador (15-17) mientras no se controla el primer o el segundo elemento (2-6) con el segundo controlador (15-17).

13. El procedimiento de la reivindicación 12, en el que el conmutador se dispara por una condición de fallo.

14. El procedimiento de la reivindicación 12 o 13, en el que el generador y la red de suministro eléctrico

proporcionan al menos un fuente (2) y una carga (3), respectivamente; en el que el sistema de transferencia de

potencia (1) comprende al menos dos convertidores de potencia eléctrica (4, 5) y al menos una unidad de disipación de potencia (6) como elementos, al menos dos controladores del convertidor (16), al menos un controlador (17) de la unidad de disipación de potencia y una trayectoria de potencia dispuesta para transferir potencia eléctrica a la carga (3);

comprendiendo el procedimiento:

controlar un primer convertidor (4, 5) con un primer controlador del convertidor (16) y un segundo convertidor (4, 5) con un segundo controlador del convertidor (16) estando conectados ambos convertidores (4, 5) a la trayectoria de potencia,

y, en respuesta a una condición de fallo provocada por el segundo controlador (16),

desconectar el segundo convertidor (4, 5) de la trayectoria de potencia y conectarlo a la unidad de disipación

de potencia (6) controlada por el controlador (17) de la unidad de disipación de potencia,

traspasar el segundo convertidor (4, 5) al primer controlador del convertidor (16),

desconectar el segundo convertidor (4, 5) de la unidad de disipación de potencia (6) y reconectar el segundo convertidor (4, 5) a la trayectoria de potencia.


 

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