BRPI0912518A2

BRPI0912518A2 - parque eólico compreendendo uma multiplicidade de instalações de energía eólica

Info

Publication number: BRPI0912518A2
Application number: BRPI0912518-3A
Authority: BR
Inventors: Marc Hiller; Norbert Klaassen; Theodor Salzmann; Rainer Sommer
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 2008-05-07
Filing date: 2009-03-26
Publication date: 2020-08-18
Also published as: US8766480B2; ES2372575T3; WO2009135728A3; EP2283233A2; EP2283233B1; RU2459112C1; WO2009135728A2; CN102016301B; DE102008022617A1; DK2283233T3; BRPI0912518B1; AU2009243644B2; US20110049994A1; RU2010149956A; ATE527447T1; CN102016301A; AU2009243644A1

Abstract

PARQUE EÓLICO COMPREENDENDO UMA MULTIPLICIDADE DE INSTALAÇÕES DE ENERGIA EÓLICA. A presente invenção refere-se a uma instalação de energia eólica (4) que consiste em uma nacela (12) disposta em uma torre (14), um W rotor (28), um gerador (16), um conversor de energia (20) no lado do gera- dor, um conversor de energia (22) no lado da rede e um transformador (26), sendo os dois conversores de energia (20, 22) conectados eletricamente a cada outro no lado de tensão de CC, e o conversor de energia (22) no lado 10 da rede sendo conectado no lado da tensão de CA a um ponto de suprimento (8) de uma rede de destino (6) por meio de um transformador (26). Cada % módulo de fase (74) do conversor de energia (22) no lado da rede tem um r ramo de válvula superior e inferior (Tl, T3, T5; T2, T4, T6) tendo pelo menos dois subsistemas bipolares (76) que são conectados em série e o conversor 15 de energia (20) no lado do gerador e o conversor de energia (22) no lado da rede são interconectados no lado de CC por meio de um cabo de CC (72). Um correspondente parque eólico (2) consiste em uma multiplicidade de estações de energia eólica (40 e tem um projeto flexível enquanto comparado com conceitos conhecidos de CC, as nacelas (12) de cada estação de energia eólica (4) tendo um baixo peso morto.

Description

Relatório Descritivo da Patente de lnvenção para "PARQUE

EÓLICO COMPREENDENDO UMA MULTJPLICIDADE DE INSTALAÇÕES DE ENERGIA EÓLJCA". Descrição 5 A presente invenção refere-se a uma instalação de energia eó- lica e a um parque eólico que consiste nestas instalações de energia eólica. A energia elétrica que é produzida usando o vento como fonte de energia primária estocástica por meio de instalações de energia eólica em um parque eólico se destina a ser alimentada em uma rede de suprimen- lO to regional. " Um conceito conhecido de um parque eólico 2, é ilustrado es- .. quematicamente na figura 1 da DE 196 20 906 Al. Este conceito conhecido ^ é um conceito polifásico descentralizado, porque a energia de cada instala- ção de energia eólica 4 no parque eólico 2 é alimentada em uma rede de 15 suprimento regional 6. Já que o aumento da tensão em um ponto de supri- mento 8 do parque eólico da rede regional de suprimento 6 não deve ser superior a 4%, isso resulta em um máximo possÍvel de energia eólica, de- pendendo da distância entre o ponto de suprimento do parque eólico 8 e uma subestação para esta rede de suprimento 6. O parque eólico ilustrado 2 20 tem três instalações de energia eólica 4, cada uma das quais tem um braço 12 e uma torre 14. O braço 12 é disposto na torre 14 de tal forma que ele pode girar e tem um gerador 16, um filtro do lado do gerador 18, um conver- sor do lado do gerador 20, um conversor do lado da rede 22, um filtro do Ía- do da rede 24 e um transformador 26. Os dois conversores 20 e 22 são co- 25 nectados eletricamente condutivamente um ao outro no lado de tensão de CC por meio de um circuito de tensão intermediária. Estes dois conversores 20 e 22 e o circuito de tensão intermediária, portanto, formam um circuito conversor de tensão intermediária. Um projeto de um circuito conversor de tensão intermediária tal 30 como este disposto em um braço 12 de uma instalação de energia eólica 4, é divulgado na publicação intitulada "A high power density converter system for the Gamesa G1OX4.5 MW Wind Turbine" por Bjõrn Andresen e Jens Birk,

publicado nos Anais da EPE 2007, em Aalborg.

Neste conversor de circuito intermediário de tensão, que é descrito nesta publicação, os dois converso- res 20 e 22 são na forma de conversores autocomutados controlados por pulso.

No sentido de tornar possÍvel manter harmônicos produzidos por con- 5 versores 20 e 22, respectivamente, longe do gerador 16 e a rede de supri- mento 6, respectivamente, filtros respectivos 18 e 24 são providos no Iado do gerador e no lado da rede.

Uma tensão de saída do conversor que é ge- rada é igualada a uma tensão nominal da rede de suprimento regional, atra- vés do transformador do lado da rede 26. 10 Como pode ser visto da publicação citada, o gerador 16 está conectado diretamente ou por meio de uma caixa de engrenagem no lado do

+ rotor a um rotor da instalação de energia eólica 4- Se um gerador síncrono é usado como gerador 16, não há necessidade de caixa de engrenagem, re- duzindo assim o peso do braço 12. Os rotores não são ilustrados nesta figu- 15 ra 1, por razões de clareza.

A figura 2 mostra uma segunda versão do conceito polifásico de um parque eólico 2. Esta versão difere da versão mostrada na figura 1 em que o equipamento elétrico em uma instalação de energia eólica 4 não está mais disposto no braço 12, mas na torre 14. Uma versão tal como essa 20 em uma instalação de energia eólica 4 deve ser divulgada na publicação intitulada "ABB Advanced Power Etectronics - MV full power wind converter for Multibrid M5000 turbine", publicada na lnternet, no site www.abb.com / powerelectronics.

As peças de instalação 18, 20, 22, 24 e 26 estão dispostas na área do pé da torre 14 da instalação de energia eólica 4. Apenas o gera- 25 dor 16, portanto, permanece ainda no braço 12 de cada instalação de ener- gia eólica 4, em um parque eólico 2. A DE 196 20 906 A1 divulga um parque eólico 2 com duas ins- talações de energia eólica 4. Neste parque eólico conhecido 2, cada instala- ção de energia eólica 4, tem um rotor 28, cujas lâminas do rotor são variá- 30 veis, um gerador sÍncrono 30, um retificador 32 e um indutor de aplainamen- to 34. O gerador sÍncrono 30 é acoplado diretamente ao rotor 28 e tem dois enrolamentos de estator, que são eletricamente deslocados de 30° em rela-

ção um ao outro e são cada um deles conectados eletricamente condutiva- mente a um retificador parcial 36 do retificador 32. O gerador sÍncrono 30 pode ter excitação de imã permanente de excitação ou excitação de tensão " regulável. O retificador 32 é um projeto de múltiplos pulsos, por exemplo, um 5 projeto de 12 pulsos. A titulo de exemplo, o indutor de aplainamento 34 é disposto em uma linha de saída positiva 38. Esta linha de saída positiva 38 e uma Iinha de saída negativa 40, respectivamente, podem ser desligadas a partir de um barramento positivo e negativo 44 e 46 por meio de um disjuntor

42. As n instalações de energia eólica no parque eólico 2 são conectadas 10 em paralelo no lado de corrente contínua através destes dois barramentos 44 e 46. A estação conversora do lado da rede 48 nesta ilustração de um conceito de corrente contínua do parque eólico 2, é disposta diretamente adjacente a uma subestação 50 de uma rede regional de suprimento 6. Esta 15 estação conversora do Iado da rede 48 tem um indutor de aplainamento 52, um inversor 54, um transformador de igualar 56 e um filtro 58. Da mesma forma como o retificador 32 em cada instalação de energia eólica 4, o inver- sor 54 consiste em dois inversores parciais 60. O número de pulsos do in- versor 54 corresponde ao número de pulsos no retificador 32. Cada inversor 20 parcial 60 é eletricamente conectado condutivamente no Iado de tensão de CA a um enrolamento secundário do transformador de igualar 56, cujo enro- lamento primário é conectado eletricamente condutivamente a um barramen- to 62 na subestação 50. O fiitro 58 é também ligado a este barramento 62. A título de exemplo, o indutor de aplainamento 52 é disposto ern uma linha de 25 entrada positiva 64 ao inversor 54. A Iinha de entrada positiva 64 e uma linha de entrada negativa 66 são conectadas eletricamente indutivamente aos bar- ramentos positivo e negativo 44 e 46 nas instalações de energia eólica 4, que são eletricamente conectadas em paralelo, por meio de um dispositivo de transmissão de corrente contínua 68. O dispositivo de transmissão de 30 corrente contínua 68, pode, por um lado ser duas Iinhas de corrente contínua ou um cabo de corrente continua. São providos tiristores como as válvulas conversoras para os retificadores 32 para cada instalação de energia eólica 4 e o inversor 54 na estação conversora do lado da rede 48. Os retificadores 32 regulam uma potência, e a tensão polifásica é regulada por meio do inversor 54. Esta in- terligação das n estações conversoras corresponde a uma rede multiponto 5 HVCC.

A publicação intitulada "Offen fur Offshore - HVCC Light - Baus- tein einer nachhaltigen elektrischen Energieversorgung" [Módulo de Luz HVCC Aberto para offshore para o fornecimento de energia elétrica susten- tável] divulga um parque eólico offshore em que um cabo de corrente contl- lO nua é usado em vez de um cabo polifásico.

Um conversor de energia é pro- vido em cada uma das duas extremidades do cabo de corrente contínua, e cada um desses conversores são providos com um transformador de potên- cia no lado de tensão de CA.

Conversores IGBT são providos como os con- versores de energia, tal como é conhecido de um conversor de circuito de tensão intermediária para tensão média.

O capacitor do circuito intermediário é dividido em dois, e conexões de tensão de CC de cada conversor IGBT, são, cada uma conectada eletricamente em paralelo.

Uma instalação de e- nergia eólica neste parque eólico em cada caso tem um conversor IGBT do lado do gerador, cujos conversores IGBT do lado da rede, são integrados em um conversor IGBT de uma estação conversora do lado da rede.

Os conversores IGBT das instalações de energia eólica neste parque eólico são conectados no Iado de tensão de CC, por meio de um cabo de corrente con- tínua para o conversor IGBT na estação conversora do lado da rede.

Este conceito de corrente contínua permite que as instalações de energia eólica em um parque eólico, em particular em um parque eólico offshore,sejam a- fastadas mais do que 140 km de distância de uma estação conversora do lado da rede.

A publicação, intitulada "Control method and snubber selection for a 5MW wind turbine single active bridge DC/DC converter", por Lena Max e Torbjõrn Thiringer, impresso nos Anais da Conferência para a EPE 2007, em Aalborg, divulga uma versão posterior de um conceito de tensão de CC para um parque eólico.

Nesta versão, cada instalação de energia eólica tem um gerador, um conversor do lado do gerador e um conversor de CC.

Uma pluralidade de instalações de energia eólica estão conectadas por meio de um conversor de tensão de CC adicional para um conversor de tensão de CC que é conectado por meio de um cabo de corrente para um inversor do 5 lado da rede, em um ponto de suprimento do parque eólico de uma rede de - suprimento regional.

Tanto um diodo retificador, quanto um conversor IGBT autocomutado é provido como o conversor do lado do gerador, para cada instalação de energia eólica.

A invenção baseia-se agora no objetivo de melhorar uma insta- lO lação de energia eólica e de um parque eólico constituído por essas instala- . ções de energia eólica, de tal forma que seja possÍvel economizar peças da instalação.

De acordo com a invenção, esse objetivo é realizado pelos e- lementos característicos da reivindicação 1 e reivindicação 8, respectiva- 15 mente.

De acordo com a invenção, é provido um conversor com arma- zenamentos de energia distribuídos como o conversor do lado da rede para uma instalação de energia eólica.

Cada ramo de válvula em um conversor como este tem pelo menos dois subsistemas de dois polos, que têm um ar- 20 mazenamento de energia e são eletricamente conectados em série.

No sen- tido de tornar possível economizar o filtro de saída, pelo menos dez subsis- temas de dois polos são conectados eletricamente em série para cada ramo da válvula.

A tensão de saída do conversor igualmente se eleva como uma função do número de subsistemas de dois polos.

Se necessário, isto torna 25 possível evitar a necessidade de um transformador equalizador.

Uma vantagem adicional deste conversor com armazenamen- tos de energia distribuídos é que cada ramo de válvula neste conversor pode ter subsistemas de dois polos redundantes.

A operação pode ser mantida sem qualquer restrição, se qualquer subsistema de dois polos, tomar-se de- 30 ficiente, melhorando assim a disponibilidade da instalação de energia eólica.

Já que um conversor com armazenamentos de energia distribu- Ídos é provido como o conversor do lado da carga para um conversor de circuito de tensão intermediária, o circuito de tensão intermediária desse conversor de circuito de tensão intermediária já não tem um armazenamento de energia.

Em consequência, este circuito de tensão intermediária não ne- cessita mais ser concebido para ter uma baixa indutância, tornando assim 5 possível a utilização de um cabo de corrente contínua como a conexão no lado de tensão de CC do conversor do lado do gerador para o conversor do Íado da rede em uma instalação de energia eólica.

Além disso, um curto- circuito intermediário é altamente improvável, em comparação com um con- versor de circuito de tensão intermediária com um armazenamento de ener- lO gia no circuito de tensão intermediária, tornando assim possÍvel garantir uma resposta segura, no caso de uma falha.

Além disso, o conversor de válvulas no conversor do lado do gerador no conversor de circuito de tensão interme- diária para a instalação de energia eólica deverão deixar de ser projetado para uma corrente de curto-circuito causada por uma baixa impedância do curto-circuito intermediário. lsto torna possÍvel reduzir consideravelmente a exigência de i2t para estas válvulas de conversor.

Se um parque eólico é constituído por uma multiplicidade de instalações de energia eólica de acordo com a invenção, então os converso- res do lado da rede, com armazenamentos de energia distribuídos em cada instalação de energia eólica são combinados em um conversor com arma- zenãmentos de energia distribuídos em uma estação conversora do lado da rede, caso em que esta estação conversora do lado da rede é vantajosa- mente disposta diretamente adjacente a um ponto de suprimento do parque eólico.

Portanto cada instalação de energia eólica no parque eólico de acor- do com a invenção, agora tem somente um gerador com um conversor a jusante, caso em que, vantajosamente, este conversor do lado do gerador é dispostos na área do pé de uma torre de cada instalação de energia eólica.

Isto reduz consideravelmente o peso de cada braço da instalação de energia eólica no parque eólico de acordo com a invenção. lsto, além disso, simplifi- ca o projeto de uma torre de cada instalação de energia eólica neste parque eólico.

Em uma versão vantajosa das instalações de energia eólica de acordo com a invenção, um conversor com armazenamentos de energia dis- tribuídos também é provido como o conversor do Iado do gerador.

O uso de um conversor com armazenamentos de energia distribuídos no lado do ge-

" rador do conversor de circuito de tensão intermediária da instalação de e- 5 nergia eólica, no qual são usados uma multiplicidade de subsistemas de dois polos em cada ramo da válvula de conversor, torna possÍvel a utilização de um gerador com exigências menos rigorosas sobre o isolamento do enrola- mento como o gerador.

Quanto mais fino o isolamento dos enrolamentos do gerador mais aumenta o seu resfriamento. 10 Ainda mais versões vantajosas da instalação de energia eólica podem ser encontradas nas reivindicações dependentes 4 a 7, e ainda mais versões vantajosas do parque eólico podem ser encontradas nas reivindica- ções dependentes 9 a 14. No sentido de explicar a invenção ainda mais, é feita referência 15 ao desenho, que ilustra esquematicamente uma pluralidade de versões de uma instalação de energia eólica em um parque eólico, e no qual: a figura 1 mostra uma primeira versão de um conceito polifási- co conhecido de uma instalação de energia eólica, a figura 2 mostra uma segunda versão do conceito polifásico 20 conhecido como ilustrado na figura 1, a figura 3 mostra uma versão de um conceito conhecido de cor- rente contínua para um parque eólico, a figura 4 mostra uma primeira versão de uma instalação de energia eólica de acordo com a invenção, 25 a figura 5 mostra um diagrama de circuito de um conversor com armazenamentos de energia distribuídos, as figuras 6, 7 mostram, cada uma, uma versão de um subsis- tema de dois poios do conversor ilustrado na figura 5, a figura 8 mostra uma segunda versão de uma instalação de 30 energia eólica de acordo com a invenção em um parque eólico, e a figura 9 mostra uma terceira versão de uma instalação de e- nergia eólica de acordo com a invenção neste parque eólico.

A figura 4 mostra em mais detalhes uma primeira versão de uma instalação de energia eólica 4 de acordo com a invenção em um parque eólico 2. Nesta instalação de energia eólica 4, de acordo com a invenção, " apenas o gerador 16 e o conversor do lado do gerador 20 ainda estão dis- 5 postos no braço 12 desta instalação de energia eólica 4. O conversor do la- do da rede 22 e o transformador 26 do lado de corrente alternada, e o qual também é referido como um transformador compatível, estão dispostos na torre associada 14 da instalação de energia eólica 4, em que o braço 12 é montado de tal forma que possa rodar. Neste caso, estas duas partes da 10 instalação 22 e 26 estão dispostas na área do pé da torre 14. A instalação de energia eólica 4 é conectada por meio deste transformador 26 ao ponto de suprimento do parque eólico 8 de uma rede de suprimento regional 6. De acordo com a invenção, um conversor 70, com armazenamentos de energia distribuídos é provido como o conversor do Iado da rede 22. Um diagrama 15 do circuito de um conversor 70, tal como esse é ilustrado com mais detalhe na figura 5. O uso de um conversor 70, com armazenamentos de energia distribuídos, pelo menos, como o conversor do lado da rede 22 significa que o circuito de tensão intermediária do conversor de circuito intermediário de tensão formado dos conversores do lado do gerador e do lado da rede, 20 e 20 22 já não tem um armazenamento de energia sob a forma de capacitores, em especial capacitores eletrolíticos. Por esta razão, este circuito intermedi- ário de tensão não necessita mais ser projetado para ter uma indutância bai- xa, como resultado do que um cabo de corrente contínua 72 é provido como a conexão entre os lados de corrente contínua destes dois conversores 20 e 25 22. No caso mais simples, o conversor do Iado do gerador 20 é um diodo retificador. O conversor do lado do gerador é vantajosamente sob a forma de conversor de quatro quadrantes. Se um conversor 70, com armazenamentos de energia distribu- Ídos é também usado como o conversor do lado do gerador 20, é possÍvel 30 usar um gerador 16, com requisitos menos rigorosos para o isolamento do enrolamento. lsso melhora a refrigeração dos enrolamentos deste gerador

16. Se este conversor do lado gerador 20, quando sob a forma de um con-

versor 70, com armazenamentos de energia distribuidos, tem um grande número de armazenamentos de energia distribuídos, por exemplo, pelo me- nos dez armazenamentos de energia por ramo da válvula de um módulo de fase neste conversor 70, então o filtro do lado do gerador 18 não é mais ne- 5 cessário.

Além disso, isto torna possível obter altas tensões do gerador, co- mo resultado do que as linhas do cabo de corrente contínua 72 na torre 14 de cada instalação de energia eólica 4 podem ser projetadas para correntes menores.

Este conversor do lado do gerador 70 com armazenamentos de energia distribuídos pode, da mesma forma, ter armazenamentos de energia redundantes adicionais, levando a uma maior disponibilidade da instalação de energia eólica 4. A figura 5 mostra um diagrama de circuito de um conversor 70, com armazenamentos de energia distribuídos.

Este conversor 70 tem três módulos de fase 74, que estão ligados eletricamente em paralelo no lado de tensão de CC.

Quando estes módulos de fase 74 são conectados eletrica- mente em paralelo, são providos um barramento de tensão de CC positiva e um de tensão de CC negativa.

Existe uma tensão de corrente contínua entre esses dois barramentos de tensão de CC Po e Nq.

As duas Iinhas do cabo de corrente contínua 72 são conectadas a esses barramentos de tensão de CC Po e N0 deste conversor 70. A figura 6 mostra uma primeira versão de um subsistema de dois poIos 76. Este subsistema de dois polos 76 tem dois interruptores semi- condutores 78 e 80, os quais podem ser desligados, dois diodos 82 e 84 e um capacitor unipolar de armazenamento de energia 86. Os dois interrupto- res semicondutores 78 e 80, que pode ser desligados são eletricamente co- nectados em série, com este circuito em série sendo conectado eletricamen- te em paralelo com o capacitor de armazenamento de energia.

Cada inter- ruptor semicondutor 78 e 80, que pode ser desligado é ligado eletricamente em paralelo com um dos dois diodos 82 e 84, de modo que este diodo está ligado costa a costa, em paralelo com o correspondente interruptor semicon- dutor 78 e 80 que pode ser desligado.

O capacitor unipolar de armazena- mento de energia 84, o subsistema de dois polos 76 consiste em um capaci-

tor ou de um banco de capacitores compreendendo uma pluralidade de tais capacitores, com uma capacitância resultante CO.

O ponto de conexão entre o emissor do interruptor semicondutor 78 que pode ser desligado e o anodo

" do diodo 82 constitui um primeiro terminal de conexão Xl do subsistema 76. 5 O ponto de conexão entre os dois interruptores semicondutores 78 e 80, que pode ser desligado e os dois diodos 82 e 84 formam um segundo terminal de conexão X2 do subsistema de dois poIos 76. Na versão do subsistema 76 como mostrado na figura 7, este ponto de conexão forma o primeiro terminal de conexão Xl.

O ponto de co- lO nexão entre o dreno do interruptor semicondutor 80, que pode ser desligado e os dois diodos 82 e 84 formam um segundo terminal de conexão X2 do subsistema de dois polos 76, Na versão do subsistema 76 como mostrado na figura 7, este ponto de conexão forma o primeiro terminal de conexão X1. O ponto de co- 15 nexão entre o dreno do interruptor de semidondutor 80 que pode ser desli- gado e o catodo do diodo 84 forma o segundo terminal de conexão X2 dos subsistema de dois polos 76. Segundo a publicação, intitulada "Modulares Stromrichterkon- zept für Netzkupplungsanwendung bei hohen Spannungen" [Conceito de 20 conversor modular para uso de acoplamento de rede em alta tensão] por Rainer Marquardt, Anton Lesnicar e Jurgen Hildinger, impressa nos Anais da Conferência ETG 2002, o subsistema de dois polos 76 pode assumir três estados de comutação.

No estado de comutação I, o interruptor de semicon- dutor 78 que pode ser desligado está ligado, e o interruptor de semicondutor 25 80, que pode ser desligado está desligado.

Neste estado de comutação I, a tensão de terminal UX21 do subsistema dois polos 76 é igual a zero.

No es- tado de comutação Il, o interruptor de semicondutor 78, que pode ser desli- gado está desligado, e o interruptor de semicondutor 80, que pode ser desli- gado está ligado.

Neste estado de comutação ll, a tensão terminal Ux21 do 30 subsistema de dois polos 76 é igual à tensão Uç através do capacitor de ar- mazenamento de energia 86. Durante a operação normal sem falhas, ape- nas estes dois estados de comutação I e ll são usados.

No estado de comu-

tação lll, ambos interruptores semicondutores 78 e 80, que podem ser desli- gados estão desligados.

A figura 8 mostra em mais detalhe uma segunda versão de - uma instalação de energia eólica 4 de acordo com a invenção em um parque 5 eólico 2. Esta versão difere da primeira versão mostrada na figura 4, em que - um conversor do lado da rede 88 com um transformador 26 no Iado de ten- são de CA é provido para todas as instalações de energia eólica 4 deste parque eólico 2, e está disposto na estação conversora do lado da rede 48 na subestação 50 de uma rede de suprimento regional 6. lsto significa que 10 os conversores do lado da rede 22 para as instalações de energia eólica 4 no parque eólico 2 são combinados neste conversor do lado da rede 88 na estação conversora 48. Em consequência, as instalações de energia eólica 4 no parque eólico 2 já não são acopladas no Lado de tensão de CA para o ponto de suprimento do parque eólico 8, mas estão acopladas ao ponto de 15 suprimento 90 do parque eólico no lado de tensão de CC.

Cada um dos ca- bos de corrente contínua 70 de cada instalação de energia eólica 4 é, por- tanto, Iigada por meio do ponto de suprimento do parque eólico 90 à estação conversora do lado da rede 48 por meio de um cabo adicional de corrente contínua 92. Este cabo de corrente contínua 92 pode ser de vários 100 km 20 de comprimento. lsto significa que a instalação de um parque eólico 2 já não é dependente da localização de um ponto de suprimento da rede.

O único fator crítico são as condições de vento.

Além disso, um parque eólico offsho- re pode ser conectado por meio do cabo de corrente contínua 92 a uma rede regional de suprimento em terra. 25 A figura 9 mostra em mais detalhe uma terceira versão de uma instalação de energia eólica 4 de acordo com a invenção em um parque eó- lico 2. Essa terceira versão é diferente da segunda versão mostrada na figu- ra 8 em que o conversor do lado do gerador-20 em cada instalação de ener- gia eólica 4 deste parque eólico 2 foi movido do braço 12 para a área do pé 30 da torre 14 associada.

Em consequência, o braço 12 de cada instalação de energia eólica 4 no parque eólico 2 agora acomoda apenas o gerador 16 e, se necessário uma caixa de engrenagem, que pode ser igualmente dispen-

sada se é usado um gerador síncrono de imã permanente como gerador 16. lsto reduz consideravelmente o peso do braço 12 de uma instalação de e- nergia eólica 4. A redução no peso do braço 12 do mesmo modo simplifica a

- estrutura da sua torre 14, na qual o braço 12 é montado de forma que ele 5 possa rodar. lsso reduz os custos de uma instalação de energia eólica 4, e, portanto, aqueles de um parque eólico 2, que é formado usando essas insta- Iações de energia eólica 4. O uso de um conversor 70, com armazenamentos de energia distribuídos em cada caso, como o conversor do lado da rede 22 para cada 10 instalação de energia eólica 4, e também como o conversor do lado do gera- ' dor 20 para uma instalação de energia eólica 4 tal como esta ou como o coriversor do Iado da rede 88 para uma estação conversora do lado da rede 48 em um parque eólico 2 resulta em um conceito de corrente contínua, cujo projeto é mais flexível do que aquele dos conceitos conhecidos de corrente 15 contínua, permitindo assim que este satisfaça mais facilmente às exigências dos operadores de um parque eólico 2. Além disso, os custos de um parque eólico 2 tal como este são consideravelmente reduzidos.

Além disso, uma distância mais longa pode ser provida entre o parque eólico 2 e uma subes- tação 50 de uma rede de suprimento regional 6, como resultado do que a 20 escolha de um local de instalação de um parque eólico 2 é dependente ape- nas de uma distribuição de vento estocástica.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. lnstalação de energia eólica (4), consistindo em um braço (12), que é disposto em uma torre (14), tendo um rotor (28), um gerador (16), um conversor (20) no lado do gerador, um conversor (22) no lado da rede e 5 um transformador (26), em que estes dois conversores (20, 22) estão conec- . tados eletricamente um ao outro no lado de tensão de CC, e em que o con- versor do lado da rede (22) está conectado no lado de tensão de CA através do transformador (26) a um ponto de suprimento (8) para uma rede recepto- ra de energia (6), caracterizada pelo fato de que cada módulo de fase (74) 10 do conversor do lado da rede (22) tem uma parte superior e um ramo inferior da válvula (Tl, T3, T5; T2, T4, T6), que tem pelo menos dois subsistemas de dois polos ( 76) que são eletricamente conectadas em série, e em que o conversor do lado do gerador (20) e o conversor do lado da rede (22) são ligados um ao outro no lado de tensão CC, por meio de um cabo de corrente 15 contínua (72).

2. lnstalação de energia eólica (4), de acordo com a reivindica- ção 1, caracterizada pelo fato de que um retificador é provido como o con- versor do lado do gerador (20).

3. lnstalação de energia eólica (4), de acordo com a reivindica- 20 ção 1, caracterizada pelo fato de que cada módulo de fase (74) do conversor do lado do gerador (20) tem uma parte superior e um ramo inferior da válvula (Tl, T3, T5; T2, T4, T6) que tenha pelo menos dois subsistemas de dois po- los (76), que são eletricamente conectadas em série.

4. lnstalação de energia eólica (4), de acordo com qualquer 25 uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que cada subsiste- ma de dois polos (76) tem dois interruptores semicondutores (78, 80) os quais estão eletricamente conectados em série e podem ser desligados, e tem um capacitor de armazenamento de energia (86), em que este circuito em série é conectado eletricamente em paralelo com o capacitor de armaze- 30 namento de energia (86) em que um ponto de conexão entre os dois inter- ruptores semicondutores (78, 80) que pode ser desligado forma um terminal de conexão (X2, Xl) do subsistema de dois polos (76), e em que um polo do capacitor de armazenamento de energia (86) forma um terminal adicional de conexão (Xl, X2) deste subsistema de dois polos (76).

5. lnstalação de energia eólica (4), de acordo com a reivindica- ção 4, caracterizada pelo fato de que um transistor bipolar de porta isolada 5 (IGBT) é provido como o interruptor semicondutor (78, 80) que pode ser des- ligado.

6. lnstalação de energia eólica (4), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que o conversor do lado da rede (22) é disposto com o transformador (26) no lado de tensão de 10 CA na torre (14) da instalação de energia eólica (4). j

7. lnstalação de energia eólica (4), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que o conversor do lado do gerador (20) é disposto com o gerador (16) no lado de tensão de CA no braço (12) da instalação de energia eólica (4). 15

8. Parque eólico (2) com pelo menos duas instalações de ener- gia eólica (4), que tem um rotor (28), um gerador (16), um conversor do lado do gerador (20) e tendo uma estação conversora do Iado da rede (48) que tem um conversor autocomutado (88) com um transformador (26) conectado a jusante, no lado de tensão de CA, em que estas instalações de energia 20 eólica (4) e a estação conversora do lado da rede (48) estão conectadas uma à outra no lado de tensão de CC, caracterizado pelo fato de que cada módulo de fase (76) do conversor autocomutado (88) na estação conversora do lado da rede (48) tem um ramo de válvula superior e um inferior (Tl, T3, T5; T2, T4, T6), os quais tem pelo menos dois subsistemas de dois polos 25 (76) que estão eletricamente conectados em série, e em que o conversor do lado do gerador (20), e o conversor autocomutado (88) para a estação con- versora do lado da rede (48) estão conectados um ao outro por meio de ca- bos de corrente contínua (72, 92).

9. Parque eólico (2), de acordo com a reivindicação 8, caracte- 30 rizado pelo fato de que um diodo retificador está em cada caso provido como o conversor do lado do gerador (22) de cada instalação de energia eólica (4).

10. Parque eólico (2), de acordo com a reivindicação 8, carac-

terizado pelo fato de que cada módulo de fase (76) de um conversor do Iado do gerador (20) de cada instalação de energia eólica (4), tem um ramo supe- rior e um ramo inferior de válvula (Tl, T3. T5; T2, T4, T6), os quais tem pelo menos dois subsistemas de dois polos (76) que são eletricamente conecta- 5 dos em série.

11. Parque eólico (2), de acordo com qualquer uma das reivin- dicações 8 a 10, caracterizado pelo fato de que cada subsistema de dois polos (76) tem dois interruptores semicondutores (78, 80) os quais são ele- tricamente conectados em série e podem ser desligados, e tem um capacitor 10 de armazenamento de energia (86), em que este circuito em série é conec- tado eletricamente em paralelo com o capacitor de armazenamento de ener- gia (86) em que um ponto de conexão entre os dois interruptores semicondu- - tores (78, 80) os quais podem ser desligados forma um terminal de conexão (X2, Xl) do subsistema de dois polos (76), e em que um polo do capacitor 15 de armazenamento de energia (86) forma um terminal de conexão adicional (Xl, X2) deste subsistema de dois poIos (76).

12. Parque eólico (2), de acordo com a reivindicação 11, carac- terizado pelo fato de que um transistor bipolar de porta isolada é provido como o interruptor semicondutor (78, 80) o qual pode ser desligado. 20

13. Parque eólico (2), de acordo com qualquer uma das reivin- dicações 8 a 12, caracterizado pelo fato de que um conversor do lado do gerador (20) de cada instalação de energia eólica (4), está em cada caso, disposto em conjunto com um gerador correspondente (16) no lado de ten- são de CA em um braço (12) de uma instalação de energia eólica (4). 25

14. Parque eólico (2), de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 12, caracterizado pelo fato de que um conversor do lado do gerador (20) de cada instalação de energia eólica (4), está em cada caso, disposto na torre (14) de uma instalação de energia eólica (4), enquanto, em contraste, um gerador (16) de cada instalação de energia eólica (4), está em cada caso, 30 disposto em um braço (12) de uma instalação de energia eólica (4).

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