Circuito y procedimiento de control para inversores de instalaciones de energía eólica.

Procedimiento para el funcionamiento de un convertidor (2) de instalaciones de energía eólica,

que comprende un inversor (21), que activa un generador (15) a través de varias fases (x, y, z), y un circuito intermedio (23) con una tensión de circuito intermedio entre un potencial superior de circuito intermedio y un potencial inferior de circuito intermedio, en el que el generador es activado con potenciales de fases de frecuencia variable, caracterizado por calcular un valor de desplazamiento entre un potencia de fase extremo y uno de los potenciales de circuito intermedio,

determinar un valor de la distancia del potencia de fase medio respecto de un potencial de circuito intermedio siguiente,

generar una tensión adicional con el valor de la distancia como amplitud,

en el que los potenciales de fases son desplazados en el valor de desplazamiento y la tensión adicional se añade al potencial de fase medio.

Circuito y procedimiento de control para inversores de instalaciones de energía eólica La invención se refiere a un circuito de control para convertidores de instalaciones de energía eólica, que comprende un inversor, que presenta varias fases para la conexión de un generador, en particular de un generador asíncrono de doble alimentación, y un circuito intermedio conectado con el inversor. La invención se refiere, además, a un procedimiento para el funcionamiento de un convertidor con un circuito de control de este tipo y a una instalación de energía eólica equipada con él.

Las instalaciones modernas de energía eólica están realizadas de forma variable en el número de revoluciones. Esto significa que el rotor del ciento circula con un número de revoluciones determinado a través de la carga y el generador genera energía eléctrica con frecuencia correspondientemente variable. Para poder alimentar esta energía eléctrica de frecuencia variable a una red de suministro de frecuencia fija, está previsto un convertidor conectado en el generador. Tales convertidores comprenden normalmente dos inversores, uno de los cuales funciona como rectificador y que están conectados a través de un circuito intermedio de tensión continua o un circuito intermedio de corriente continua. En este caso sucede que uno de los inversores está conectado con la red y es impulsado en el funcionamiento con frecuencia de la red (inversor en el lado de la red) , mientras que el otro inversor (inversor en el lado de la máquina) está conectado con el generador, de manera que la frecuencia aplicada al mismo está determinada, entre otras cosas, por el número de revoluciones del rotor eólico. Tales convertidores pueden estar realizados como convertidor completo o como convertidor parcial, este último especialmente en combinación con una máquina asíncrona de doble alimentación. Se ha mostrado que un funcionamiento en la zona del número de revoluciones de sincronización (punto de sincronización) plantea problemas. En la zona entorno al punto de sincronización, la frecuencia aplicada en el inversor en el lado de la máquina es muy baja y en el caso extremo puede convertirse exactamente en el punto de sincronización en la corriente continua. A través de las frecuencias bajas, las fases con carga térmica más fuerte y las fases con carga térmica más reducida no se intercambian ya con suficiente rapidez, con lo que especialmente los elementos de conmutación conectados en cada caso de forma conductora están expuestos a una carga térmica elevada. De esta manera, se perjudica la duración de vida útil de los elementos de conmutación y puede conducir a su fallo. Por lo tanto, durante un funcionamiento en la zona del punto de sincronización, cuando de manera correspondiente la frecuencia que actúa en el inversor en el lado de la máquina puede alcanzar valores muy pequeños, que pueden llegar hasta cero, se reduce la carga de corriente admisible de los elementos de conmutación. Esto puede conducir a que la carga de corriente admisible se reduzca hasta la mitad. Pero una reducción de la corriente admisible en el lado mecánico no significa otra cosa que se limita de manera correspondiente más fuertemente el par motor admisible que actúa sobre el rotor eólico. Por consiguiente, la zona regulable del número de revoluciones está limitada en torno al punto de sincronización a través del par motor limitado más fuertemente, es decir, más reducido. Esto contradice el concepto de la instalación de energía eólica variable en el número de revoluciones se impide la utilización del número de revoluciones / curvas características del par motor con pares motor altos más allá del punto de sincronización, como es necesario, por ejemplo, para un funcionamiento sin ruido, reducido en el número de revoluciones o para la transición rápida de zonas de números de revoluciones para la prevención de resonancias de la torre.

En efecto, se conoce realizar en convertidores de potencia, en particular para motores de corriente alterna, un desplazamiento de potencial en fases individuales, de manera que se fijan un potencial de circuito intermedio y de esta manera se puede exponer temporalmente el pulso (DE-A-102 43 602) . En este caso, se fija la fase de importe máximo en uno de los potenciales de circuito intermedio, de manera que se puede exponer el pulso. Además, se fija la fase con el segundo importe de potencial máximo, en función de la posición de las fases, de manera alterna, a uno u otro potencial de circuito intermedio. La última fase es accionada, por lo tanto, con frecuencia de conmutación reducida. Esto es suficiente para la activación de motores, pero en el caso de instalaciones de energía eólica variables en el número de revoluciones, puede conducir a que durante el funcionamiento en la zona del número de revoluciones de sincronización se reduzca demasiado la frecuencia del impulso de los elementos de conmutación respectivos y de esta manera se eleva todavía la carga térmica precisamente de los elementos de conmutación de esta fase. De esta manera, este convertidor de potencia conocido no es adecuado precisamente para la utilización en instalaciones de energía eólica variables en el número de revoluciones.

La invención tiene el cometido de indicar un procedimiento mejorado para el funcionamiento del convertidor y un convertidor correspondiente para instalaciones de energía eólica así como una instalación de energía eólica provista con él, en el que se reduce este inconveniente.

La solución de acuerdo con la invención se encuentra en las características de las reivindicaciones independientes. Los desarrollos ventajosos son objeto de las reivindicaciones dependientes.

En un procedimiento para el funcionamiento de un convertidor de instalaciones de energía eólica que comprende un inversor, que activa un generador de la instalación de energía eólica a través de varias fases, y un circuito intermedio con una tensión de circuito intermedio entre un potencial superior de circuito intermedio y un potencial inferior de circuito intermedio, en el que el generador es activado con potenciales de fases de frecuencia variable,

está previsto de acuerdo con la invención calcular un valor de desplazamiento entre un potencia de fase extremo y uno de los potenciales de circuito intermedio, determinar un valor de la distancia del potencia de fase medio respecto de un potencial de circuito intermedio siguiente, generar una tensión adicional con el valor de la distancia como amplitud, y desplazar las fases en el valor de desplazamiento y añadir la tensión adicional al potencial de fase medio. Por un potencial extremo de las fases se entiende el potencial de fase máximo y mínimo.

La invención ser basa en el reconocimiento de que las tensiones activa para el generador resultan a partir de las tensiones diferenciales de las conexiones de fases del inverso, dicho con mayor exactitud, de las tensiones diferenciales de los semipuentes de inversor, de manera que la posición absoluta de los potenciales en las fases del inversor no tiene ninguna importancia. La invención aprovecha en este caso que un desplazamiento simultáneo de los potenciales de fases del inversor hacia arriba o hacia abajo conduce, en efecto, a una modificación de la posición absoluta del potencial, pero no tiene ninguna influencia sobre la tensión de partida que actúa en el generador, puesto que se acorta un desplazamiento de potencial absoluto en la formación de la diferencia para el cálculo de la tensión. La invención aprovecha el conocimiento de que en el pulso de reloj con la frecuencia se desplazan al mismo tiempo los potenciales del inversor. Esto se realiza de forma separada con preferencia alternando hacia arriba y hacia abajo y, en concreto, para cada semionda, siendo calculado para una primera semionda un valor alto de desplazamiento entre el potencial de circuito intermedio alto y el potencial de fases máximo y para la segunda semionda un valor de desplazamiento bajo entre el potencial de circuito intermedio bajo y el potencial de fases mínimo. Además, se calculan un primero y un segundo valor de la distancia para el potencial medio de las fases y, en concreto, respectivamente, para el potencial de fases máximo y mínimo, siendo determinado a partir de ello un valor de la distancia mínima, que sirve de base para la generación de la tensión adicional. En este caso, en la primera semionda se desplazan las fases en torno al valor de desplazamiento alto hacia arriba y se añade la tensión adicional al potencial medio de las fases, mientras que en la segunda semionda se desplazan las fases en torno al valor de desplazamiento bajo hacia abajo y se resta el valor de la tensión adicional desde el potencial medio de las fases.

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1. Procedimiento para el funcionamiento de un convertidor (2) de instalaciones de energía eólica, que comprende un inversor (21) , que activa un generador (15) a través de varias fases (x, y, z) , y un circuito intermedio (23) con una tensión de circuito intermedio entre un potencial superior de circuito intermedio y un potencial inferior de circuito intermedio, en el que el generador es activado con potenciales de fases de frecuencia variable, caracterizado por calcular un valor de desplazamiento entre un potencia de fase extremo y uno de los potenciales de circuito intermedio, determinar un valor de la distancia del potencia de fase medio respecto de un potencial de circuito intermedio siguiente, generar una tensión adicional con el valor de la distancia como amplitud, en el que los potenciales de fases son desplazados en el valor de desplazamiento y la tensión adicional se añade al potencial de fase medio.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por calcular un valor de desplazamiento alto entre un potencial superior del circuito intermedio y el potencial de fase más alto, calcular un valor de desplazamiento bajo entre el potencial inferior del circuito intermedio y el potencial de fase más bajo, en el que la determinación del valor de la distancia del potencial de fase medio comprende una determinación de una primera y una segunda distancias con respecto al potencial de fase más alto y más bajo y una formación de un valor mínimo de la distancia, que se utiliza como amplitud para la generación de la tensión adicional.

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado por el desplazamiento de las fases en el desplazamiento máximo durante una primera semionda y la suma de la tensión adicional al potencial de fase medio, y el desplazamiento hacia debajo de las fases en una segunda semionda en el valor del desplazamiento inferior y la sustracción de la tensión adicional desde el potencial de fase medio.

4. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la tensión adicional es generada con la mitad de la frecuencia de la tensión aplicada en el generador.

5. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el reconocimiento de un funcionamiento en la zona del punto de sincronización y la ejecución del desplazamiento de acuerdo con la invención y de la generación de la tensión adicional.

6. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el control del convertidor en una frecuencia de conmutación fija.

7. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado por que la frecuencia de conmutación está sincronizada con un circuito de control.

8. Convertidor para instalaciones de energía eólica, que presenta un inversor (21) , que presenta varias fases (X, Y, Z) para la conexión de un generador (15) y que está sincronizado por un circuito de control (4) , y comprende un circuito intermedio (23) , que presenta una tensión de circuito intermedio entre un potencial superior y un potencial inferior de circuito intermedio, caracterizado por que están prevista una corredera de potencial (5) y un generador de tensión adicional (6) , en el que la corredera de potencial (5) está configurada para calcular un valor de desplazamiento entre un potencial extremo de las fases y uno de los potenciales de circuito intermedio, y el generador de tensión adicional (6) está configurado para determinar un valor de la distancia (A) del potencial de fase medio respecto del potencial de circuito intermedio siguiente y para generar una tensión adicional con el valor de la distancia (A) como amplitud.

9. Inversor de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado por que está previsto un módulo de conmutación (7) , en cuyas entradas están aplicadas señales para la frecuencia y con preferencia para una corriente teórica y que está configurado para reconocer un funcionamiento en la zona del punto de sincronización y para emitir una señal de conmutación correspondiente.

10. Inversor de acuerdo con la reivindicación 8 ó 9, caracterizado por que la corredera de potencial (5) y el

generador de tensión adicional (6) están configurados para ejecutar un procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7.

11. Instalación de energía eólica con un generador (15) , un convertidor (2) y un control del funcionamiento, en la que el control del funcionamiento aplica al menos una señal de guía al inversor (2) , en la que el inversor comprende 5 un convertidor (21) , que presenta varias fases (X, Y, Z) para la conexión de un generador (15) y que está sincronizado por un circuito de control (4) , y un circuito intermedio (23) , que presenta una tensión de circuito intermedio entre un potencial superior y un potencial inferior de circuito intermedio, caracterizado por que para el inversor está previsto un módulo de zona de cálculo (31) , que colabora con una corredera de potencial (5) y con un generador de tensión adicional (6) , en la que la corredera de potencial (5) está configurada para calcular un valor de desplazamiento entre un potencial extremo de las fases y uno de los potenciales de circuito intermedio, y el generador de tensión adicional (6) está configurado para determinar un valor de la distancia (A) del potencial de fase medio y para generar una tensión adicional con el valor de la distancia (A) como amplitud.

12. Instalación de energía eólica de acuerdo con la reivindicación 11, caracterizada por que está previsto un módulo de conmutación (7) , en cuyas entradas están aplicadas señales para la frecuencia y con preferencia para una corriente teórica y que está configurado para reconocer un funcionamiento en la zona del punto de sincronización y para emitir una señal de conmutación correspondiente al módulo de la zona de funcionamiento (31) .

13. Instalación de energía eólica de acuerdo con la reivindicación 11 ó 12, caracterizada por que la corredera de potencial (5) y el generador de tensión adicional (6) están configurados para ejecutar un procedimiento de acuerdo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7.