Método de control de un convertidor de lado de red de una turbina eólica y sistema adecuado para el mismo.

Método de control de un convertidor de lado de red (602) de una turbina eólica (100),

en el que una salida del convertidor de lado de red (602) está conectada o es conectable a través de una línea eléctrica (604) a una entrada (608) de un transformador de red (640), que comprende:

calcular los voltio-seg de un convertidor (φc) que tienen lugar en la salida del convertidor de lado de red (602) basándose en una tensión de convertidor (uc) que tiene lugar en la salida (606) del convertidor de lado de red (602);

determinar un error en voltio-seg (Δφc) entre los voltio-seg de convertidor determinados (φc) y una referencia en voltio-seg de convertidor (φpc*), en el que la referencia en voltio-seg de convertidor se determina basándose en una referencia de potencia activa (p*), una referencia de potencia reactiva (q*), una corriente de línea (ig) y una tensión de línea (ug) que tienen lugar en la entrada (608) del transformador de red (640); controlar, basándose en el error en voltio-seg determinado (Δφc), el convertidor de lado de red (602) de manera que se compensa parcial o totalmente el error en voltio-seg (Δφc).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/DK2011/050310.

Solicitante: VESTAS WIND SYSTEMS A/S.

Nacionalidad solicitante: Dinamarca.

Dirección: Hedeager 42 8200 Aarhus N DINAMARCA.

Inventor/es: GUPTA,AMIT KUMAR, CAO,SHU YU, ANSHUMAN,TRIPATHI.

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.
  • H02M7/483 H02 […] › H02M APARATOS PARA LA TRANSFORMACION DE CORRIENTE ALTERNA EN CORRIENTE ALTERNA, DE CORRIENTE ALTERNA EN CORRIENTE CONTINUA O DE CORRIENTE CONTINUA EN CORRIENTE CONTINUA Y UTILIZADOS CON LAS REDES DE DISTRIBUCION DE ENERGIA O SISTEMAS DE ALIMENTACION SIMILARES; TRANSFORMACION DE UNA POTENCIA DE ENTRADA EN CORRIENTE CONTINUA O ALTERNA EN UNA POTENCIA DE SALIDA DE CHOQUE; SU CONTROL O REGULACION (transformación de la corriente o de la tensión especialmente adaptada para su uso en los relojes electrónicos sin partes móviles G04G 19/02; sistemas de regulacion de variables eléctricas o magnéticas en general, p. ej. utilizando transformadores, reactancias o bobinas de choque, combinacion de tales sistemas con convertidores estáticos G05F; para computadores digitales G06F 1/00; transformadores H01F; conexión o control de un convertidor teniendo en cuenta su unión funcional con una fuente similar u otra fuente de alimentación H02J; convertidores dinamoeléctricos H02K 47/00; control de los transformadores, reactancias o bobinas de choque, control o regulación de motores, generadores eléctricos o convertidores dinamoeléctricos H02P; generadores de impulsos H03K). › H02M 7/00 Transformación de una potencia de entrada en corriente alterna en una potencia de salida en corriente continua; Transformación de una potencia de entrada en corriente continua en una potencia de salida en corriente alterna. › Convertidores provistos de salidas pudiendo tener cada una más de dos niveles de tensión.
  • H02M7/5387 H02M 7/00 […] › en una configuración en puente.
  • H02M7/539 H02M 7/00 […] › con control automático de la forma de la onda o de la frecuencia de salida (H02M 7/5375 - H02M 7/5387 tienen prioridad).

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Ilustración 1 de Método de control de un convertidor de lado de red de una turbina eólica y sistema adecuado para el mismo.
Ilustración 2 de Método de control de un convertidor de lado de red de una turbina eólica y sistema adecuado para el mismo.
Ilustración 3 de Método de control de un convertidor de lado de red de una turbina eólica y sistema adecuado para el mismo.
Ilustración 4 de Método de control de un convertidor de lado de red de una turbina eólica y sistema adecuado para el mismo.
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Método de control de un convertidor de lado de red de una turbina eólica y sistema adecuado para el mismo.

Fragmento de la descripción:

Método de control de un convertidor de lado de red de una turbina eólica y sistema adecuado para el mismo Campo técnico

La presente invención se refiere de manera general a un método de control de un convertidor de lado de red de una turbina eólica y a un sistema adecuado para el mismo. Además, la presente invención se refiere a una turbina eólica. El documento IEEE "Control of Grid Interactive AC Micro-grids" da a conocer un sistema de control para el convertidor de lado de red de una turbina eólica cuyo sistema de control calcula una tensión-seg de convertidor.

Antecedentes

Con el fin de conectar eléctricamente un generador de turbina eólica a una red eléctrica, pueden usarse varias disposiciones de conexión eléctrica. Una disposición de conexión eléctrica típica (por ejemplo, para una turbina basada en convertidor de escala completa) comprende un convertidor de lado de generador, un enlace de CC (corriente continua), un convertidor de lado de red y un transformador de red que están situados entre el generador de turbina eólica y la red eléctrica en este orden. El convertidor de lado de generador controla la potencia del generador y la transfiere a la red a través del enlace de CC y el convertidor de lado de red. El control del convertidor de lado de red debe llevarse a cabo de manera que la calidad de la energía eléctrica suministrada a la red se mantiene dentro de intervalos de tolerancia predeterminados incluso durante condiciones anómalas de la tensión de red como condiciones de sobretensión y caídas de tensión simétricas/asimétricas. En caso de condiciones anómalas de la tensión de red, puede ser necesario un soporte de potencia reactiva para satisfacer los requisitos de la red. Es decir, es necesario que la potencia que se suministra a la red tenga, además de una componente de potencia activa, una componente de potencia reactiva. Durante condiciones de trabajo normales, podría ser necesaria la componente de potencia reactiva dependiendo del requisito de soporte de red. El soporte de potencia reactiva es cada vez más importante debido a los requisitos de conexión a red que son cada vez más estrictos a medida que aumenta la adopción de la energía eólica.

Por tanto, es un objeto proporcionar un método de control de una turbina eólica que pueda soportar la calidad de potencia demandada incluso durante condiciones de tensión anómalas. Además, este método debería ser fácil de llevar a cabo.

Sumario

Según una realización de la presente invención, se proporciona un método de control de un convertidor de lado de red de una turbina eólica, en el que una salida del convertidor de lado de red está conectada o puede conectarse a través de una línea eléctrica a una entrada de un transformador de red, comprendiendo el método: a) determinar los voltio-seg de convertidor que tienen lugar en la salida del convertidor de lado de red basándose en una tensión de convertidor que tiene lugar en la salida del convertidor de lado de red; b) determinar un error en voltio-seg entre los voltio-seg de convertidor determinados/reales y una referencia en voltio-seg de convertidor, en el que la referencia en voltio-seg de convertidor se determina basándose en una referencia de potencia activa, una referencia de potencia reactiva, una corriente de línea y una tensión de línea que tienen lugar en la entrada del transformador de red (o en terminales de la turbina eólica); y c) controlar, basándose en el error en voltio-seg determinado, el convertidor de lado de red de manera que se compensa (parcial o totalmente) el error en voltio-seg. El término "voltio-seg" significa voltio-segundos. Es una entidad vectorial y es equivalente al flujo magnético en máquinas de CA. Según una realización de la presente invención, este procedimiento puede estar soportado por una predicción de voltio-seg, tal como resultará evidente más adelante.

Según una realización de la presente invención, la referencia en voltio-seg de convertidor se determina basándose en una referencia en voltio-seg de potencia activa, una referencia en voltio-seg de potencia reactiva, una corriente de línea y una tensión de línea.

Según una realización de la presente invención, la referencia en voltio-seg de potencia activa se determina basándose en una diferencia entre una referencia de demanda de potencia activa en la entrada del transformador de red (o en terminales de la turbina eólica) y una potencia activa que tiene lugar en la entrada del transformador de red (o en terminales de la turbina eólica).

Según una realización de la presente invención, la referencia en voltio-seg de potencia reactiva se determina basándose en una diferencia entre una referencia de demanda de potencia reactiva en la entrada del transformador de red (o en terminales de la turbina eólica) y una potencia reactiva que tiene lugar en la entrada del transformador de red (o en terminales de la turbina eólica).

Según una realización de la presente invención, la referencia en voltio-seg de potencia activa y la referencia en voltio-seg de potencia reactiva se congelan respectivamente si la amplitud de la corriente de línea que tiene lugar en la entrada del transformador de red supera un valor umbral predeterminado.

Según una realización de la presente invención, la potencia activa y la potencia reactiva se determinan basándose

en la corriente de línea y la tensión de línea que tienen lugar en la entrada del transformador de red.

Según una realización de la presente invención, determinar la referencia en voltio-seg de convertidor comprende generar una primera referencia en voltio-seg que depende de la referencia en voltio-seg de potencia activa y la referencia en voltio-seg de potencia reactiva.

Según una realización de la presente invención, la primera referencia en voltio-seg se genera como vector de voltio- seg de marco ap.

Según una realización de la presente invención, determinar la referencia en voltio-seg de convertidor comprende generar una segunda referencia en voltio-seg añadiendo los voltio-seg de red a la primera referencia en voltio-seg.

Según una realización de la presente invención, los voltio-seg de red se determinan basándose en al menos una de la corriente de línea y la tensión de línea que tienen lugar en la entrada del transformador de red.

Según una realización de la presente invención, determinar la referencia en voltio-seg de convertidor comprende realizar una predicción de los voltio-seg de convertidor que deberían tener lugar en el siguiente ciclo de muestreo basándose en la segunda referencia en voltio-seg, una velocidad angular de la tensión de línea que tiene lugar en la entrada del transformador de red y un periodo de muestreo del convertidor de lado de red, y usar los voltio-seg de convertidor predichos como referencia en voltio-seg de convertidor.

Según una realización de la presente invención, controlar el convertidor de lado de red se lleva a cabo suministrando, dependiendo del error en voltio-seg determinado, señales de modulación por ancho de pulso al convertidor de lado de red que ajustan la tensión de salida del convertidor de lado de red en consonancia.

Según una realización de la presente invención, la compensación del error en voltio-seg (Acpc) se lleva a cabo usando una técnica de conmutación PWM en la región lineal del funcionamiento del convertidor de lado de red, y usando una técnica de sobremodulación en la región no lineal del funcionamiento del convertidor de lado de red. Por tanto, a diferencia de enfoques convencionales de controles de corriente, esta realización extiende de manera natural el funcionamiento del convertidor de lado de red para usar mejor el enlace de CC. Además, la técnica de compensación de error en voltio-seg (Acpc) encaja muy bien de manera natural con la modulación de vectores espaciales.

Según una realización de la presente invención, se proporciona un sistema de control para controlar un convertidor de lado de red de una turbina eólica, estando conectada o pudiendo conectarse una salida del convertidor de lado de red a través de una línea eléctrica a una entrada de un transformador de red. El sistema de control comprende un lazo de control Interno y un lazo de control externo. El lazo de control interno comprende: una unidad de determinación de voltio-seg de convertidor que determina los voltio-seg de convertidor que tienen lugar en la salida del convertidor de lado de red basándose en una tensión de convertidor que tiene lugar en la salida del convertidor de lado de red; una unidad de determinación de error en voltio-seg que determina un error en voltio-seg entre los voltio-seg de convertidor determinados y una referencia en voltio-seg... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

Método de control de un convertidor de lado de red (602) de una turbina eóllca (100), en el que una salida del convertidor de lado de red (602) está conectada o es conectable a través de una linea eléctrica (604) a una entrada (608) de un transformador de red (640), que comprende:

calcular los voltio-seg de un convertidor (cpc) que tienen lugar en la salida del convertidor de lado de red (602) basándose en una tensión de convertidor (uc) que tiene lugar en la salida (606) del convertidor de lado de red (602);

determinar un error en voltio-seg (Acpc) entre los voltio-seg de convertidor determinados (cpc) y una referencia en voltio-seg de convertidor (cppc*), en el que la referencia en voltio-seg de convertidor se determina basándose en una referencia de potencia activa (p*), una referencia de potencia reactiva (q*), una corriente de linea (ig) y una tensión de linea (ug) que tienen lugar en la entrada (608) del transformador de red (640);

controlar, basándose en el error en voltio-seg determinado (Acpc), el convertidor de lado de red (602) de manera que se compensa parcial o totalmente el error en voltio-seg (Acpc).

Método según la reivindicación 1,

en el que la referencia en voltio-seg de convertidor (cppc) se determina basándose en una referencia en voltio-seg de potencia activa (cp¡=p*) y una referencia en voltio-seg de potencia reactiva (cp?q*).

Método según la reivindicación 2,

en el que la referencia en voltio-seg de potencia activa (cp5P*) se determina basándose en una diferencia entre una referencia de potencia activa (p*) demandada en la entrada del transformador de red (608) y una potencia activa que tiene lugar en la entrada del transformador de red (608).

Método según la reivindicación 2 ó 3,

en el que la referencia en voltio-seg de potencia reactiva (cp?q*) se determina basándose en una diferencia entre una referencia de potencia reactiva (q*) demandada en la entrada del transformador de red (608) y una potencia reactiva que tiene lugar en la entrada del transformador de red (608).

Método según una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4,

en el que la referencia en voltio-seg de potencia activa (cp^p*) y la referencia en voltio-seg de potencia reactiva (cp§q*) se congelan respectivamente si la amplitud de la corriente de línea (ig) que tiene lugar en la entrada del transformador de red (608) supera un valor umbral predeterminado.

Método según una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 5,

en el que la potencia activa (p) y la potencia reactiva (q) se determinan basándose en la corriente de línea (ig) y la tensión de línea (ug) que tienen lugar en la entrada del transformador de red (608).

Método según una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 6,

en el que determinar la referencia en voltio-seg de convertidor (cppc*) comprende generar una primera referencia en voltio-seg (cpx*) en un marco dq que depende de la referencia en voltio-seg de potencia activa (cpi=p*) y la referencia en voltio-seg de potencia reactiva (cp^p*).

Método según la reivindicación 7,

en el que la primera referencia en voltio-seg (cp**) se genera como un vector de voltio-seg de marco ap, y en el que determinar la referencia en voltio-seg de convertidor (cppc*) comprende generar una segunda referencia en voltio-seg (cpc*) añadiendo los voltio-seg de red a la primera referencia en voltio-seg (cpx*).

Método según la reivindicación 8,

en el que los voltio-seg de red se determinan basándose en al menos una de la corriente de línea y la tensión de línea (ug) que tienen lugar en la entrada del transformador de red.

Método según una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 9,

en el que determinar la referencia en voltio-seg de convertidor (cppc*) comprende realizar una predicción de los voltio-seg de convertidor del siguiente ciclo de muestreo basándose en la segunda referencia en voltio- seg (cpc*), una velocidad angular (rog) de la tensión de línea (ug) que tiene lugar en la entrada del transformador de red (608) y un periodo de muestreo (Ts) del convertidor de lado de red (602), y usar los

12.

13.

30 14.

voltio-seg de convertidor predichos (cppc*) como referencia en voltio-seg de convertidor (cppc*).

Método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10,

en el que el control del convertidor de lado de red (602) se lleva a cabo suministrando, dependiendo del error en voltio-seg determinado, señales de modulación por ancho de pulso al convertidor de lado de red (602) que ajustan la tensión de salida del convertidor de lado de red (602) en consonancia.

Sistema de control (600) para controlar un convertidor de lado de red (602) de una turbina eólica (100), estando conectada o siendo conectable una salida del convertidor de lado de red (602) a través de una línea eléctrica (604) a una entrada (608) de un transformador de red (640);

- en el que el sistema de control comprende un lazo de control interno (610) y un lazo de control externo

(612);

- en el que el lazo de control interno (610) comprende:

una unidad de determinación de voltio-seg de convertidor (614) que determina los voltio-seg de convertidor (cp0) que tienen lugar en la salida del convertidor de lado de red (602) basándose en una tensión de convertidor (uc) que tiene lugar en la salida (606) del convertidor de lado de red (602);

una unidad de determinación de error en voltio-seg (616) que determina un error en voltio-seg (Acpc) entre los voltio-seg de convertidor determinados (cpc) y una referencia en voltio-seg de convertidor (cppc*);

una unidad de control (618) que controla, basándose en el error en voltio-seg determinado (Acpc), el convertidor de lado de red (602) de manera que se compensa parcial o totalmente el error en voltio-seg

(Acpc);

- en el que el lazo de control externo (612) está configurado para determinar la referencia en voltio-seg de convertidor (cppc*) basándose en una referencia de potencia activa (p*), una referencia de potencia reactiva (q*), una corriente de línea (ig) y una tensión de línea (ug) que tienen lugar en la entrada del transformador de red (608).

Sistema de control según la reivindicación 12,

en el que el lazo de control externo (612) comprende una unidad de determinación de referencia en voltio- seg de potencia activa (620) y una unidad de determinación de referencia en voltio-seg de potencia reactiva (622) que determina una referencia en voltio-seg de potencia activa (cp5P*) y una referencia en voltio-seg de potencia reactiva (cp^*) en un marco dq basándose en una referencia de potencia activa (p*) y una referencia de potencia reactiva (q*) solicitadas en la entrada del transformador de red (608).

Sistema de control según la reivindicación 13,

en el que la unidad de determinación de referencia en voltio-seg de potencia activa (620) determina la referencia en voltio-seg de potencia activa (cp5P*) basándose en una diferencia entre una referencia de potencia activa (p*) y una potencia activa (p) que tiene lugar en la entrada del transformador de red (608), y en el que la unidad de determinación de referencia en voltio-seg de potencia reactiva (622) determina la referencia en voltio-seg de potencia reactiva (cp^*) basándose en una diferencia entre una referencia de potencia reactiva (q*) y una potencia reactiva (q) que tiene lugar en la entrada del transformador de red (608).

Turbina eólica (100), que comprende un generador de potencia y un convertidor de lado de red (602),

en el que el generador de potencia está conectado al convertidor de lado de red a través de un convertidor de lado de generador y un enlace de CC (636) que conecta el convertidor de lado de generador con el convertidor de lado de red (602), y en el que la turbina eólica (100) comprende un sistema según una cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14.


 

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