Sistema y procedimiento de carga de derivación de aerogenerador.
Un sistema (10) de aerogenerador que comprende:
un aerogenerador (16) que incluye palas (18) de turbina,
un rotor y un sistema (28) de control;
un generador (20) acoplado a las palas de la turbina;
un convertidor (24) del generador acoplado al generador y que puede conectarse a una red (26) eléctrica de servicio público; caracterizado porque:
dicho sistema (28) de control comprende además un detector (29) de pérdida en la red para detectar si la red (26) eléctrica de servicio público pierde energía;
al menos un resistor (32) de derivación acoplado al generador y al convertidor del generador, y configurándose el sistema de aerogenerador de manera que si la red eléctrica de servicio público pierde energía, el resistor (32) de derivación aplica una carga eléctrica al convertidor del generador hasta que se reduce una velocidad del rotor.
Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E07100766.
Solicitante: GENERAL ELECTRIC COMPANY.
Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.
Dirección: 1 RIVER ROAD SCHENECTADY, NY 12345 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.
Inventor/es: LUETZE,HENNING, EDENFELD,THOMAS, GAUCHEL,PETER.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- F03D7/02 MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA. › F03 MAQUINAS O MOTORES DE LIQUIDOS; MOTORES DE VIENTO, DE RESORTES, O DE PESOS; PRODUCCION DE ENERGIA MECANICA O DE EMPUJE PROPULSIVO O POR REACCION, NO PREVISTA EN OTRO LUGAR. › F03D MOTORES DE VIENTO. › F03D 7/00 Control de los motores de viento (alimentación o distribución de energía eléctrica H02J, p. ej. disposiciones para ajustar, eliminar o compensar la potencia reactiva en las redes H02J 3/18; control de generadores eléctricos H02P, p. ej. disposiciones para el control de generadores eléctricos con el propósito de obtener las características deseadas en la salida H02P 9/00). › teniendo los motores de viento el eje de rotación dispuesto sustancialmente paralelo al flujo de aire que entra al rotor.
- H02J3/38 ELECTRICIDAD. › H02 PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA ELECTRICA. › H02J CIRCUITOS O SISTEMAS PARA LA ALIMENTACION O LA DISTRIBUCION DE ENERGIA ELECTRICA; SISTEMAS PARA EL ALMACENAMIENTO DE ENERGIA ELECTRICA. › 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-2545771_T3.pdf
Fragmento de la descripción:
Sistema y procedimiento de carga de derivación de aerogenerador
La invención se refiere generalmente a la generación y distribución de energía eléctrica generada mediante aerogeneradores. Más en particular, la invención se refiere a la adaptación a rápidas pérdidas de cargas de energía eléctrica en un aerogenerador, tales como la pérdida de una carga de red de energía eléctrica.
Las redes de transmisión y distribución de energía ("redes de energía") transmiten energía eléctrica desde instalaciones de generación de aerogeneradores a clientes de energía eléctrica. La red eléctrica proporciona una carga eléctrica para el generador de un aerogenerador. La carga eléctrica en el generador impone un par de torsión en el rotor del generador. El rotor se hace girar mediante el aerogenerador que a su vez se hace rotar mediante el viento. El par de torsión en el rotor desde la carga de red tiene como resultado un par de torsión aplicado al aerogenerador. El aerogenerador se equilibra basándose en el par de torsión desde la carga de red. Si se pierde la carga de red, el aerogenerador puede desequilibrarse.
La pérdida de la red descarga el generador y normalmente tiene como resultado una rápida pérdida de una carga de par de torsión en el generador. Esta rápida pérdida de par de torsión puede conducir a una rápida y dramática aceleración del rotor del aerogenerador. Para evitar un exceso de velocidad del rotor, debe iniciarse un severo procedimiento de frenado, que conduce a altas fuerzas de carga y momentos que actúan en la estructura del aerogenerador, tales como grandes momentos de flexión de aplicación en la torre de un aerogenerador.
Se describen plantas de energía eólica convencionales, por ejemplo, en los documentos WO 03/065567 y WO 2004/040748.
Los aerogeneradores se diseñan tradicionalmente para resistir las fuerzas que son resultado de una pérdida de red. Por ejemplo, las torres para aerogeneradores tienen paredes gruesas y grandes pernos de conexión para, en parte, resistir grandes momentos de flexión que son resultado de una pérdida abrupta de red. La base para un aerogenerador se diseña tradicionalmente para absorber las fuerzas aplicadas a la torre mediante una pérdida de carga de red. Desde hace tiempo existe una necesidad de estructuras y procedimientos que admitan la pérdida de red sin aplicar grandes fuerzas al aerogenerador.
De acuerdo con un primer aspecto de la presente invención, tal como se define en la reivindicación 1, se incluye un resistor de carga de derivación en el circuito de energía de un aerogenerador. Cuando ocurre una pérdida de red, el resistor de carga de derivación aplica inmediatamente una carga eléctricamente absorbente en el generador y, por tanto, evita descargar excesivamente el generador y el aerogenerador. El resistor de carga de derivación aplica una carga al generador durante al menos unos segundos hasta que la velocidad del rotor se reduce, por ejemplo, modificando el ángulo de ataque de las palas. Este procedimiento evita una fuerte aceleración del rotor. También pueden usarse otros dispositivos de almacenamiento de energía, por ejemplo, un volante.
El resistor de carga de derivación evita el rápido incremento de la velocidad del rotor conduciendo a un severo procedimiento de frenado que de nuevo conduce a la aplicación de grandes y rápidas fuerzas, por ejemplo, un momento de flexión, en aerogeneradores cuando ocurre una pérdida de red. El resistor de carga de derivación permite que el aerogenerador se diseñe para resistir cargas de pérdida de red mucho más pequeñas de lo requerido en los diseños de aerogeneradores habituales.
En las reivindicaciones adjuntas se definen diversos aspectos y realizaciones de la presente invención.
Ahora se describirán diversos aspectos y realizaciones de la presente invención en relación con los dibujos adjuntos, en los que:
La FIGURA 1 es un diagrama esquemático de un aerogenerador que tiene un resistor de carga de derivación.
La FIGURA 2 es un diagrama de bloques de componentes eléctricos del aerogenerador.
La FIGURA 3 es un diagrama eléctrico esquemático del resistor de carga de derivación formado de un banco de resistores, y circuitos de control asociados.
La FIGURA 4 es un diagrama eléctrico esquemático del resistor de carga de derivación formado de un banco de resistores, y circuitos de control asociados.
La FIGURA 5 es un diagrama de flujo de un procedimiento de pérdida de red para un aerogenerador.
La FIGURA 1 es una vista esquemática de un sistema 10 de aerogenerador. El aerogenerador puede incluir una torre 12 montada en una base 14 y coronada con un aerogenerador 16 que tiene una pluralidad de grandes palas 18. El viento hace girar las palas que accionan el generador. El ángulo de ataque de las palas del aerogenerador puede ajustarse mediante un dispositivo de accionamiento convencional.
La FIGURA 2 es un diagrama de bloques de gran nivel de determinados componentes del aerogenerador 10. El generador 20 incluye un rotor que se acciona rotativamente mediante un árbol 21 girado mediante las palas del aerogenerador. La energía eléctrica desde el generador se transfiere a través de un conector 22 a un convertidor 24 del generador. El convertidor 24 del generador puede acoplarse a un convertidor 25 de energía de red de utilidad
que a su vez se acopla a una red 26 de energía de una manera convencional. El convertidor de energía de red de utilidad puede montarse en el suelo cerca de la base 14 del aerogenerador y prestar servicio a uno o más aerogeneradores 10.
El excitador 31 para el rotor del generador puede accionarse mediante un suministro 33 de energía ininterrumpida (UPS), para asegurar que el excitador recibe energía durante una pérdida de energía de red. Como alternativa, el generador puede ser un generador de imán permanente (PMG) que no necesita un excitador alimentado.
Un controlador 28 monitoriza y controla el aerogenerador. El controlador incluye un detector 29 de pérdida de red que monitoriza la red 26 de energía y detecta cuándo ocurre una pérdida de energía en la red. Una pérdida de energía puede indicarse mediante una condición de baja tensión en la red o una condición de fuera de frecuencia en la red. Una pérdida de energía reduce rápidamente la carga de energía en el generador y en el aerogenerador. Cuando se detecta una pérdida de red, el controlador activa el conector 22 para acoplar el resistor 32 de carga de derivación al generador 20 y al convertidor 24 del generador. El controlador también puede ordenar el accionamiento del aerogenerador para ajustar el ángulo de ataque de las palas para reducir la velocidad rotativa del aerogenerador. Además, el controlador puede activar el conector 22 para acoplar el generador a otra carga 32 de almacenamiento de energía, tal como un volante, batería u otro dispositivo de almacenamiento. La conexión del resistor de carga de derivación ocurre rápido, por ejemplo, entre 0,1 y 1 segundo. Ajustar el ángulo de ataque de las palas y/o acoplar otro dispositivo de almacenamiento es relativamente lento, por ejemplo, de 3 segundos a varios minutos.
El resistor de carga de derivación se conecta al conector 22. El resistor de carga de derivación puede estar dispuesto en paralelo al convertidor y conectado a una salida del generador.
La FIGURA 3 es un diagrama esquemático del generador, convertidores, red, resistor 32 de carga de derivación y los circuitos de control para el resistor de carga de derivación. El resistor de carga de derivación disipa la energía producida por el generador 20. Los ejemplos de resistores de carga de derivación son cables de resistencia enrollados alrededor de disipadores térmicos sólidos, elementos de resistencia en un disipador térmico de agua u otro líquido u otro dispositivo de disipación de calor. El resistor de carga de derivación tiene una resistencia comparable a la carga aplicada al generador 20 mediante la red eléctrica. Por ejemplo, el resistor de carga de derivación puede tener una capacidad nominal para absorber energía en el intervalo de 1 000 a 4 000 kilovatios (kW) y más preferentemente alrededor de 3 000 kW.
El resistor 32 de carga de derivación mostrado en la Figura 3 se incorpora como un resistor 34 nominal para cada fase de una salida de energía de tres fases de un generador 36 de imán permanente (PMG) que se acciona mediante un aerogenerador. Mientras que la red 26 de energía está conectada, la energía del PMG se transfiere a través de un convertidor 24 de generador convencional y grande y de un convertidor 25 de red convencional y grande para convertir la energía de tres fases del PMG en energía de tres fases que tiene el ajuste... [Seguir leyendo]
Reivindicaciones:
1. Un sistema (10) de aerogenerador que comprende:
un aerogenerador (16) que incluye palas (18) de turbina, un rotor y un sistema (28) de control; un generador (20) acoplado a las palas de la turbina;
un convertidor (24) del generador acoplado al generador y que puede conectarse a una red (26) eléctrica de
servicio público; caracterizado porque:
dicho sistema (28) de control comprende además un detector (29) de pérdida en la red para detectar si la red (26) eléctrica de servicio público pierde energía;
al menos un resistor (32) de derivación acoplado al generador y al convertidor del generador, y configurándose el 10 sistema de aerogenerador de manera que si la red eléctrica de servicio público pierde energía, el resistor (32) de derivación aplica una carga eléctrica al convertidor del generador hasta que se reduce una velocidad del rotor.
2. El sistema de la reivindicación 1, en el que el al menos un resistor (32) de derivación comprende además un banco de múltiples resistores (34) y un puente (44) de tiristor para conectar de manera conmutable el banco al generador y al convertidor del generador.
3. El sistema de la reivindicación 1 o 2, en el que el al menos un resistor (32) de derivación comprende además una
pluralidad de bancos de múltiples resistores (48) conectados en paralelo, en el que uno o más de los bancos están conectados de manera conmutable (46) al generador y al convertidor del generador.
4. El sistema de cualquier reivindicación anterior, en el que el resistor (32) de derivación está conectado al generador y en paralelo con un conectar (22) para el generador y el convertidor del generador.
5. El sistema de cualquier reivindicación anterior, en el que el resistor (32) de derivación es una pluralidad de
resistores (34, 48) de derivación.
6. El sistema de cualquier reivindicación anterior, en el que la red (26) eléctrica de servicio público incluye contactares principales, y en el que el sistema (28, 29) de control es aplicado para detectar una pérdida de energía en la red eléctrica de servicio público detectando una baja tensión o una condición de fuera de frecuencia.
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