Sistema eléctrico y procedimiento de control.

Un sistema de generación de potencia (10) que comprende:

al menos dos sistemas eléctricos (18) conectados por medio de un sistema de captación de media tensión (80) con un punto de conexión eléctrica (16),

siendo dicho punto de conexión eléctrica (16) un punto de conexión común con una red (14), comprendiendo cada sistema eléctrico (18) un sistema de conversión de potencia (20) que comprende un convertidor de CC a CA (32) respectivo que incluye una pluralidad de conmutadores (34) para convertir una potencia en corriente continua en una potencia en corriente alterna; y

un sistema de control (24, 25) que incluye al menos dos moduladores de modulación por ancho de pulsos (36), obteniendo cada modulador por ancho de pulsos (36) una forma de onda fundamental para generar un patrón de ancho de pulsos y para proporcionar el patrón de ancho de pulsos a un convertidor de CC a CA (32) respectivo para accionar los conmutadores del convertidor de CC a CA (32) respectivo;

en el que el sistema de control (24, 25) está configurado para intercalar las formas de onda fundamentales de los al menos dos sistemas eléctricos para generar unos patrones de ancho de pulsos intercalados respectivamente para los al menos dos convertidores de CC a CA (32),

en el que cada sistema de conversión de potencia (20) comprende además un convertidor del lado del generador (30) respectivo para convertir una potencia en corriente alterna a partir de un generador de turbina eólica (28) en una potencia en corriente continua; y

en el que el sistema de control comprende además un controlador maestro (25) conectado con el punto de conexión eléctrica (16), caracterizado porque:

los moduladores por ancho de pulsos (36) adicionalmente obtienen una señal portadora y usan la forma de onda fundamental y la señal portadora para generar un patrón de ancho de pulsos, y el sistema de control (24, 25) está configurado además para intercalar las formas de onda fundamentales y señales portadoras o una combinación de las formas de onda fundamentales y de señales portadoras.

Sistema eléctrico y procedimiento de control

La invención se refiere en general a sistemas eléctricos para proporcionar una potencia eléctrica a redes públicas en puntos de interconexión. De forma más específica, la invención se refiere a un sistema eléctrico que convierte una potencia eléctrica generada por fuentes de energía renovable tales como turbinas eólicas y módulos fotovoltaicos en una potencia eléctrica que cumple un requisito de armónicos bajos del punto de interconexión.

Recientemente, las fuentes de energía renovable, tales como turbinas eólicas, han recibido una mayor atención como fuentes de energía alternativas seguras para el medio ambiente y relativamente económicas. Con este interés creciente, se han realizado unos esfuerzos considerables para desarrollar unas turbinas eólicas que sean fiables y eficientes. Para maximizar la eficacia de la generación de potencia y para simplificar la conexión con la red pública, las turbinas eólicas están ubicadas a menudo una cerca de otra, a lo que se hace referencia en general en las técnicas pertinentes como "parque eólico". Las turbinas eólicas en el parque eólico generan una potencia eléctrica y suministran corriente eléctrica al servicio público, tal como una red eléctrica, en un punto de conexión común (PCC).

Un tipo de turbina eólica que mantiene la velocidad del generador rotacional proporcional a la velocidad del viento es una turbina eólica de velocidad variable. Se describen ejemplos de la turbina eólica de velocidad variable en, por ejemplo, el documento US5083039 de Richardson y col. La turbina eólica de velocidad variable incluye un generador, un convertidor en el lado de generador, una barra colectora de enlace de CC y un convertidor que está conectado con la red. La energía de frecuencia variable del generador se transfiere a la barra colectora de enlace de CC por el convertidor de lado de generador y más adelante se convierte en una frecuencia fija por el convertidor de lado de red.

El convertidor activo de lado de red por lo general utiliza conmutadores de semiconductores, tales como transistores bipolares de puerta aislada (IGBT), para convertir tensión de CC en tensión de CA a la frecuencia de red mediante unas acciones de conmutación modulada por ancho de pulsos de esos conmutadores de semiconductores. Las acciones de conmutación tienden a crear unos armónicos Indeseables. Para evitar los problemas causados por estos armónicos, se instala un número de filtros. Los componentes de filtro son por lo general voluminosos y costosos.

El documento EP 1 995 863 divulga unos procedimientos de control para la sincronización y el desfase de la estrategia de modulación por ancho de pulsos (PWM) de los convertidores de potencia que se usan para abastecer una red de alta tensión, de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.

Existe una necesidad en la técnica de proporcionar un sistema eléctrico mejorado para un parque eólico que pueda cumplir el requisito de armónicos bajos en un punto de conexión eléctrica para un grupo de turbinas eólicas que difiere con respecto a los sistemas convencionales. Adicionalmente, tales sistemas serían útiles para otras fuentes de energía renovable tales como sistemas fotovoltaicos, por ejemplo.

Se proporcionan de este modo diversos aspectos y realizaciones de la presente Invención, tal como se define en las reivindicaciones adjuntas.

Diversas características, aspectos y ventajas de la presente invención se entenderán mejor cuando la siguiente descripción detallada se lea con referencia a los dibujos adjuntos, en los que caracteres semejantes representan partes semejantes por la totalidad de los dibujos, en los que:

La figura 1 es un diagrama de bloques que ilustra un parque eólico de acuerdo con una realización divulgada en el presente documento.

La figura 2 es un diagrama de bloques de un sistema eléctrico de turbina eólica de acuerdo con una realización divulgada en el presente documento.

La figura 3 es un diagrama de bloques de un modulador de PWM para generar unos patrones de PWM para conmutadores de semiconductores de unos convertidores en un sistema eléctrico de turbina eólica.

La figura 4 es un par de gráficas que ilustran una forma de onda fundamental a modo de ejemplo, una forma de onda de portadora triangular, y un patrón de PWM que se genera mediante una comparación de la forma de onda fundamental con la forma de onda de portadora triangular.

La figura 5 es un conjunto de gráficas que ¡lustran unas formas de onda fundamentales y unas formas de onda de portadora triangulares para una fase correspondiente de unos convertidores en diferentes sistemas eléctricos de turbina eólica.

La figura 6 es un conjunto de gráficas que ilustran unos patrones de PWM para una fase correspondiente de unos convertidores en diferentes sistemas eléctricos de turbina eólica mediante una comparación de las formas de onda fundamentales y las formas de onda de portadora triangulares de la figura 5.

La figura 7 es un conjunto de gráficas que ilustran unas formas de onda fundamentales y unas formas de onda de portadora triangulares para una fase correspondiente de unos convertidores en diferentes sistemas eléctricos de turbina eólica de acuerdo con otra realización.

La figura 8 es un conjunto de gráficas que ilustran unos patrones de PWM para una fase correspondiente de unos 5 convertidores en diferentes sistemas eléctricos de turbina eólica mediante una comparación de las formas de onda fundamentales y las formas de onda de portadora triangulares de la figura 7.

La figura 9 es un conjunto de gráficas que ilustran unas formas de onda fundamentales y unas formas de onda de portadora triangulares para una fase correspondiente de unos convertidores en diferentes sistemas eléctricos de turbina eólica de acuerdo con aún otra realización.

La figura 10 es un diagrama vectorial de vectores de armónicos de cuatro sistemas eléctricos de turbina eólica de acuerdo con una realización.

La figura 11 es un diagrama vectorial de vectores de armónicos de cuatro sistemas eléctricos de turbina eólica de acuerdo con otra realización.

La figura 12 es un diagrama vectorial de vectores de armónicos de cinco sistemas eléctricos de turbina eólica de 15 acuerdo con otra realización.

La figura 13 es un diagrama de bloques que ilustra un sistema de planta eólica que incluye un sistema de subestación de acuerdo con una realización.

La figura 14 es un diagrama de bloques de un sistema eléctrico fotovoltaico de acuerdo con una realización divulgada en el presente documento.

Realizaciones que se describen en lo sucesivo en general se refieren a un sistema de generación de potencia con al menos dos sistemas eléctricos que están conectados en paralelo en un punto de conexión eléctrica tal como una red eléctrica o un sistema de subestación de un sistema de generación de potencia. Para fines de ilustración, los sistemas eléctricos se ilustran en las figuras 1-13 como sistemas eléctricos de turbina eólica. Cada sistema eléctrico de turbina eólica incluye un controlador de modulación por ancho de pulsos (PWM) para obtener una forma 25 de onda fundamental y una señal portadora, y para generar un patrón de PWM para un convertidor de lado de red respectivo a usar cuando se accionan conmutadores del convertidor de lado de red respectivo. Un sistema de control está configurado para reducir los armónicos en el punto de conexión eléctrica mediante la intercalación de las señales portadoras y formas de onda fundamentales, o una combinación de señales portadoras y formas de onda fundamentales para generar unos patrones de PWM intercalados respectivamente para los convertidores de lado de 30 red de los sistemas eléctricos de turbina eólica. Por lo tanto, una combinación de las formas de onda de los sistemas eléctricos de turbina eólica en el punto de conexión eléctrica tiene unos armónicos relativamente bajos. Por consiguiente, en un aspecto, los diseños de filtro pasivo de los sistemas eléctricos de turbina eólica pueden simplificarse de forma significativa. En otro aspecto, se permite que los conmutadores de los convertidores de lado de red tengan una frecuencia de conmutación relativamente baja, se disminuyen las pérdidas de energía de los 35 conmutadores, y se aumentan las eficiencias de potencia de los convertidores de lado de red.

La figura 1 ilustra un parque eólico 11 que incluye una pluralidad de turbinas eólicas 12 que están conectadas en paralelo para suministrar potencia eléctrica a una red eléctrica 14 en un punto de conexión eléctrica 16 que, en una realización, es un punto de conexión común (PCC).

Un sistema de... [Seguir leyendo]

1. Un sistema de generación de potencia (10) que comprende:

al menos dos sistemas eléctricos (18) conectados por medio de un sistema de captación de media tensión (80) con un punto de conexión eléctrica (16), siendo dicho punto de conexión eléctrica (16) un punto de conexión común con una red (14), comprendiendo cada sistema eléctrico (18) un sistema de conversión de potencia (20) que comprende un convertidor de CC a CA (32) respectivo que incluye una pluralidad de conmutadores (34) para convertir una potencia en corriente continua en una potencia en corriente alterna; y

un sistema de control (24, 25) que incluye al menos dos moduladores de modulación por ancho de pulsos (36), obteniendo cada modulador por ancho de pulsos (36) una forma de onda fundamental para generar un patrón de ancho de pulsos y para proporcionar el patrón de ancho de pulsos a un convertidor de CC a CA (32) respectivo para accionar los conmutadores del convertidor de CC a CA (32) respectivo;

en el que el sistema de control (24, 25) está configurado para intercalar las formas de onda fundamentales de los al menos dos sistemas eléctricos para generar unos patrones de ancho de pulsos intercalados respectivamente para los al menos dos convertidores de CC a CA (32),

en el que cada sistema de conversión de potencia (20) comprende además un convertidor del lado del generador (30) respectivo para convertir una potencia en corriente alterna a partir de un generador de turbina eóllca (28) en una potencia en corriente continua; y

en el que el sistema de control comprende además un controlador maestro (25) conectado con el punto de conexión eléctrica (16), caracterizado porque:

los moduladores por ancho de pulsos (36) adicionalmente obtienen una señal portadora y usan la forma de onda fundamental y la señal portadora para generar un patrón de ancho de pulsos, y el sistema de control (24, 25) está configurado además para intercalar las formas de onda fundamentales y señales portadoras o una combinación de las formas de onda fundamentales y de señales portadoras.

2. El sistema de generación de potencia (10) de la reivindicación 1, en el que el punto de conexión eléctrica (16) es un punto de conexión de dichos al menos dos sistemas eléctricos (18) acoplados en paralelo.

3. El sistema de generación de potencia (10) de cualquier reivindicación precedente, en el que el sistema de control (24, 25) incluye al menos dos controladores de turbina (24) respectivamente para los sistemas eléctricos (18).

4. El sistema de generación de potencia (10) de cualquier reivindicación precedente, en el que la señal portadora comprende una forma de onda triangular.

5. El sistema de generación de potencia (10) de cualquier reivindicación precedente, en el que cada modulador por ancho de pulsos (36) está configurado para recibir una señal de referencia a partir del punto de conexión eléctrica (16) para generar la señal portadora y la forma de onda fundamental.

6. El sistema de generación de potencia (10) de cualquier reivindicación precedente, en el que cada modulador por ancho de pulsos (36) está configurado para recibir una señal de referencia a partir del convertidor del lado de red (32) respectivo para generar la señal portadora y la forma de onda fundamental.

7. El sistema de generación de potencia (10) de cualquier reivindicación precedente, en el que las formas de onda fundamentales de los al menos dos sistemas eléctricos (18) están desplazadas a lo largo de un ciclo de forma de onda fundamental una con respecto a otra un grado de 60 / n, y n es el número de sistemas eléctricos del sistema de generación de potencia (10).

8. El sistema de generación de potencia (10) de cualquier reivindicación precedente, en el que cada convertidor del lado de red (32) está configurado para recibir corriente continua a partir de un módulo fotovoltaico (84).