Procedimientos y aparatos para conversión de potencia del control del paso.

Un procedimiento para alimentar un sistema (400) de transmisión de motor de paso para al menos un motor (410) de paso de CC de una turbina eólica (100),

en el que dicho al menos un motor de paso de CC acciona una transmisión de paso variable de pala;

comprendiendo dicho procedimiento:

rectificar una tensión utilizando un circuito puente (402) para suministrar, de ese modo, una tensión rectificada (419) de enlace de CC a un puente (404) que comprende dispositivos activos (406) de conmutación configurados para conmutar la tensión de enlace de CC;

configurar dicho puente (404) de dispositivos activos de conmutación para conmutar la tensión (419) de enlace de CC y suministrar la tensión conmutada de enlace de CC al al menos un motor (410) de paso de CC; y

utilizar al menos un condensador (408) de enlace conectado a dicho puente (404) de dispositivos activos de conmutación para aplanar la tensión (419) de enlace de CC y actuar como fuente y receptor de energía para el al menos un motor (410) de paso de CC.

Procedimientos y aparatos para conversión de potencia del control del paso La presente invención versa, en general, acerca del control de motores de CC y, más en particular, acerca de procedimientos y aparatos que son particularmente útiles para controlar de forma eficaz motores de paso de CC en turbinas eólicas.

Recientemente, las turbinas eólicas han recibido mayor atención como una fuente de energía alternativa medioambientalmente segura y relativamente económica. Con este creciente interés, se han realizado esfuerzos considerables para desarrollar turbinas eólicas que sean fiables y eficaces.

En general, una turbina eólica incluye un rotor que tiene múltiples palas. El rotor está montado en un alojamiento o góndola, que está colocado encima de un armazón o torre tubular. Las turbinas eólicas válidas para la red eléctrica (es decir, turbinas eólicas diseñadas para proporcionar energía eléctrica a una red de distribución eléctrica) pueden tener rotores grandes (por ejemplo, 30 o más metros de diámetro) . Las palas en estos rotores transforman energía eólica en un par o fuerza rotacional que acciona uno o más generadores, acoplados rotacionalmente al rotor a través de una caja de engranaje o acoplados directamente al rotor. La caja de engranajes, cuando está presente, aumenta la velocidad rotacional inherentemente baja del rotor de la turbina para que el generador convierta de forma eficaz la energía mecánica en energía eléctrica, que es suministrada a una red de distribución eléctrica.

En una turbina eólica de paso controlado, se utiliza un controlador electrónico junto con un mecanismo de paso de pala para regular el paso de las palas en torno a sus ejes longitudinales respectivos para controlar la potencia de salida de la turbina eólica. Se proporcionan motores para regular el paso de las palas mientras gira el rotor.

Se requieren algunos sistemas nuevos de implementación de la regulación del paso para regenerar continuamente. Por ejemplo, el uso de sistemas de transmisión de control del paso en turbinas eólicas con uno o más enlaces de CC como un enlace intermedio entre la fuente y la carga requiere que el o los enlaces de CC absorban energía regenerativa en algunas condiciones. Por ejemplo, se puede requerir que uno o más enlaces de CC suministrados por una fuente de diodos absorban energía regenerativa cuando desaceleran los motores de transmisión de paso. El requerimiento de absorber energía regenerativa continuamente es nuevo y no se cree que haya sido abordado por configuraciones conocidas anteriormente de sistemas de paso de turbinas eólicas.

En el documento US-A-5 907 192 se utiliza energía rotacional almacenada en una turbina eólica operativa de velocidad variable para regular el paso de las palas y frenar la turbina eólica en el caso de una avería de la red de distribución eléctrica.

En un aspecto de la presente invención existe un procedimiento para alimentar un sistema de transmisión de motor de paso para al menos un motor de paso de CC de una turbina eólica, en el que el al menos un motor de paso de CC acciona una transmisión de paso variable de pala. El procedimiento incluye rectificar una tensión utilizando un circuito puente para suministrar, de ese modo, una tensión de enlace de CC a un puente que comprende dispositivos activos de conmutación configurados para conmutar la tensión de enlace de CC, configurar dicho puente de dispositivos activos de conmutación para conmutar la tensión de enlace de CC y suministrar la tensión conmutada de enlace de CC al al menos un motor de paso de CC y utilizar al menos un condensador de enlace conectado a dicho puente de dispositivos activos de conmutación para aplanar la tensión de enlace de CC y actuar como fuente y receptor de energía para el o los motores de paso de CC.

En otro aspecto de la presente invención existe un sistema para suministrar potencia a al menos un motor de paso de CC de una turbina eólica, en el que el al menos un motor de paso de CC acciona una transmisión de paso variable de pala. El sistema incluye un circuito puente acoplado a una fuente de potencia y configurado para suministrar una tensión rectificada de enlace de CC a un puente que comprende dispositivos activos de conmutación. El puente de dispositivos activos de conmutación está configurado para conmutar la tensión de enlace de CC y suministrar la tensión conmutada de enlace de CC al o a los motores de paso de CC. Al menos un condensador de enlace está conectado al puente de dispositivos activos de conmutación en el circuito y está configurado para aplanar la tensión de enlace de CC y actuar como fuente y receptor de energía para el o los motores de paso de CC.

Por lo tanto, será evidente que diversas configuraciones de realizaciones de la presente invención logran ventajas en el coste, la fiabilidad y/o la disponibilidad del sistema, en particular cuando se utiliza en sistemas de control del paso de turbinas eólicas. Además, algunas configuraciones de realizaciones de la presente invención utilizadas en sistemas de control del paso de turbinas eólicas pueden estar configuradas para proporcionar, de forma ventajosa, un intercambio de energía entre sistemas de transmisión de motor de paso en un único bus de CC y/o proporcionar otras formas de disipar energía regenerativa en sistemas de transmisión de un único motor de paso y/o permitir, de forma ventajosa, un intercambio de energía entre convertidores de potencia de control del paso. El intercambio de energía durante la operación plantea ventajas con respecto a una operación de un único convertidor, al permitir una reducción o minimización del número y del valor nominal de las resistencias y los condensadores de enlace de CC de frenado dinámico.

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 ejemplar de un sistema de control para la configuración de turbina eólica mostrada en la Figura 1.

La Figura 4 es un diagrama esquemático de bloques representativo de algunas configuraciones del sistema de conversión de potencia de control del paso de realizaciones de la presente invención.

La Figura 5 es un diagrama esquemático de bloques representativo de algunas configuraciones de sistema de conversión de potencia de control del paso de realizaciones de la presente invención en turbinas eólicas que tienen una pluralidad de motores de paso y sistemas de transmisión de motores de paso.

La Figura 6 es un diagrama esquemático de bloques representativo de algunas configuraciones del sistema de conversión de potencia de control del paso de realizaciones de la presente invención en turbinas eólicas que tienen una pluralidad de motores de paso y sistemas de transmisión de motores de paso y que tienen una resistencia común de frenado dinámico.

La Figura 7 es un diagrama esquemático de bloques representativo de algunas configuraciones del sistema de conversión de potencia de control del paso de realizaciones de la presente invención en turbinas eólicas que tienen una pluralidad de motores de paso y sistemas de transmisión de motores de paso y en el que un conjunto de interruptores generales de entrada sustituye un puente de diodos no regenerativos.

La Figura 8 es un diagrama esquemático de bloques representativo de algunas configuraciones del sistema de conversión de potencia de control del paso de realizaciones de la presente invención similares a las de la Figura 7, pero con una fuente MOSFET regenerativa individual proporcionada para cada transmisión de paso.

En algunas configuraciones y con referencia a la Figura 1, una turbina eólica 100 en algunas configuraciones comprende una góndola 102 que aloja un generador (no mostrado en la Figura 1) . La góndola 102 está montada encima de una torre alta 104, mostrándose solo una porción de la misma en la Figura 1. La turbina eólica 100 también comprende un rotor 106 que incluye una pluralidad de palas 108 de rotor fijadas a un buje giratorio 110. Aunque la turbina eólica 100 ilustrada en la Figura 1 incluye tres palas 108 de rotor, no existen límites específicos acerca del número requerido de palas 108 de rotor.

En algunas configuraciones y con referencia a la Figura 2, hay alojados diversos componentes en la góndola 102 encima de la torre 104 de la turbina eólica 100. La altura de la torre 104 está seleccionada en función de factores y condiciones conocidos en la técnica. En algunas configuraciones, se utilizan uno o más microcontroladores en el panel 112 de control que comprenden... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para alimentar un sistema (400) de transmisión de motor de paso para al menos un motor (410) de paso de CC de una turbina eólica (100) , en el que dicho al menos un motor de paso de CC acciona una transmisión de paso variable de pala;

comprendiendo dicho procedimiento: rectificar una tensión utilizando un circuito puente (402) para suministrar, de ese modo, una tensión rectificada (419) de enlace de CC a un puente (404) que comprende dispositivos activos (406) de conmutación configurados para conmutar la tensión de enlace de CC; configurar dicho puente (404) de dispositivos activos de conmutación para conmutar la tensión (419) de enlace de CC y suministrar la tensión conmutada de enlace de CC al al menos un motor (410) de paso de CC; y utilizar al menos un condensador (408) de enlace conectado a dicho puente (404) de dispositivos activos de conmutación para aplanar la tensión (419) de enlace de CC y actuar como fuente y receptor de energía para el al menos un motor (410) de paso de CC.

2. Un procedimiento según la Reivindicación 1, que comprende, además, el uso de al menos una resistencia (418) de frenado dinámico para disipar energía regenerativa del al menos un motor (410) de paso de CC y utilizar una pluralidad de condensadores (408) de enlace para aplanar la tensión de enlace de CC y actuar como fuente y receptor de energía del al menos un motor de paso de CC.

3. Un procedimiento según la Reivindicación 1 o 2, en el que la turbina eólica (100) comprende una pluralidad de motores (410) de paso de CC, accionado cada uno por medio de un sistema independiente (400) de transmisión de motor de paso, y dicho procedimiento comprende, además, compartir la tensión de enlace de CC entre una pluralidad de sistemas de transmisión de motor de paso.

4. Un sistema para suministrar potencia al al menos un motor (410) de paso de CC de una turbina eólica (100) , en el que dicho al menos un motor de paso de CC acciona una transmisión de paso variable de pala; comprendiendo dicho sistema:

un circuito puente (402) acoplado a una fuente de potencia y configurado para suministrar una tensión rectificada (419) de enlace de CC a un puente (404) que comprende dispositivos activos (406) de conmutación; configurado dicho puente (404) de dispositivos activos (406) de conmutación para conmutar la tensión (419) de enlace de CC y suministrar la tensión conmutada de enlace de CC al al menos un motor (410) de paso de CC; y al menos un condensador (408) de enlace conectado a dicho puente (404) de dispositivos activos de conmutación en el circuito; configurado dicho condensador de enlace para aplanar la tensión (419) de enlace de CC y actuar como fuente y receptor de energía para el al menos un motor de paso de CC.

5. Un sistema según la Reivindicación 4, que comprende, además, al menos una resistencia (418) de frenado dinámico en el circuito y configurada para disipar energía regenerativa del sistema de transmisión de motor de 35 paso.

6. Un sistema según la Reivindicación 4 o 5, que tiene una pluralidad de motores (410) de paso de CC accionados por sistemas independientes (400) de transmisión de motor de paso, y configurado dicho sistema para compartir la tensión de enlace de CC entre dicha pluralidad de sistemas de transmisión de motor de paso.

7. Una turbina eólica (100) que comprende un rotor (106) que tiene al menos una pala (108) acoplado

operativamente al al menos un motor (410) de paso de CC, y un sistema de potencia, según se reivindica en la reivindicación 4.

8. Una turbina eólica (100) según la Reivindicación 7, en la que dicho sistema de potencia comprende, además, al menos una resistencia (418) de frenado dinámico configurada para disipar energía regenerativa.

9. Una turbina eólica (100) según la Reivindicación 7 u 8, en la que dicho sistema de potencia comprende,

además, una pluralidad de dichos condensadores (408) de enlace configurados para aplanar la tensión de enlace de CC y actuar como fuente y receptor de energía.

10. Una turbina eólica (100) según una cualquiera de las Reivindicaciones 7 a 9, que tiene una pluralidad de dichas palas (108) , acoplada cada una operativamente a uno de una pluralidad de motores (410) de paso de CC accionados por sistemas independientes (400) de transmisión de motor de paso que están configurados para 50 compartir la tensión de enlace de CC entre dicha pluralidad de motores de paso de CC.