ES2310432B2 - Aparato de conversion para generador doblemente alimentado. - Google Patents
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Abstract
Aparato de conversión para generador doblemente
alimentado.
Un convertidor para excitación está protegido de
una co-
rriente excesiva en un generador doblemente alimentado, y se garantiza que proporciona un funcionamiento continuo. En el aparato de conversión para el generador doblemente alimentado, un convertidor para excitación tiene un lado de corriente continua conectado al de un convertidor para asociación, y un lado de corriente alterna conectado a un arrollamiento secundario de un generador doblemente alimentado, a través de una primera impedancia. Un rectificador de diodos tiene un lado de corriente continua conectado en paralelo con los lados de corriente continua conectados del primer convertidor y del segundo convertidor, así como un lado de corriente alterna conectado al arrollamiento secundario del generador doblemente alimentado, a través de una segunda impedancia.
rriente excesiva en un generador doblemente alimentado, y se garantiza que proporciona un funcionamiento continuo. En el aparato de conversión para el generador doblemente alimentado, un convertidor para excitación tiene un lado de corriente continua conectado al de un convertidor para asociación, y un lado de corriente alterna conectado a un arrollamiento secundario de un generador doblemente alimentado, a través de una primera impedancia. Un rectificador de diodos tiene un lado de corriente continua conectado en paralelo con los lados de corriente continua conectados del primer convertidor y del segundo convertidor, así como un lado de corriente alterna conectado al arrollamiento secundario del generador doblemente alimentado, a través de una segunda impedancia.
Description
Aparato de conversión para generador doblemente
alimentado.
La presente invención se refiere a un aparato de
conversión para la excitación de corriente alterna (CA) de un
arrollamiento secundario de un generador doblemente alimentado, a
fin de impedir que una corriente excesiva, generada en el
arrollamiento secundario debido a una perturbación en un sistema de
alimentación de potencia, fluya al interior del aparato de
conversión, así como a un aparato de generación de potencia que
utiliza el mismo.
Un generador doblemente alimentado (generador de
inducción de rotor arrollado), en su uso en un aparato de
generación de potencia, tiene ventajosamente las facultades de
suministrar en su salida una tensión de corriente alterna a la
misma frecuencia que una frecuencia de línea de un lado de estator,
al excitar un arrollamiento de rotor a una frecuencia de
deslizamiento por medio de un convertidor, a fin de variar la
velocidad de rotación, así como de reducir la capacidad del
convertidor, en comparación con la capacidad del generador.
Cuando una tensión cae como consecuencia de un
accidente de derivación a tierra en una línea de potencia, el
generador-doblemente alimentado funciona
suministrando una corriente al punto del accidente. En este caso,
como se induce una corriente excesivamente grande en el
arrollamiento secundario para provocar el flujo de una corriente
excesivamente grande al interior de convertidor para excitación
conectado en el lado secundario, se han venido empleando ciertos
métodos para incrementar la capacidad de resistencia del
convertidor hasta el mismo nivel que el régimen del generador o
superior a éste, al objeto de proporcionar un elemento reactivo de
corriente alterna para cortocircuitar el arrollamiento secundario,
y, similarmente, con el fin de que el convertidor pueda soportar la
corriente excesivamente elevada. Asimismo, el documento de Patente
JP-A-11-18486
(Párrafo (0004) de la Descripción) describe la práctica de encender
o activar un número diferente de medios de conversión de potencia
dispuestos en paralelo, de acuerdo con la magnitud de la potencia
de flujo de entrada instantánea.
Puesto que el convertidor se detiene de
inmediato cuando el arrollamiento secundario es cortocircuitado por
el elemento reactivo de corriente alterna, se necesita un tiempo
prolongado para volver a arrancar el convertidor con el fin de
suministrar de nuevo la potencia. También, un incremento en la
capacidad del convertidor provocará un incremento en el coste del
sistema, y dañará la característica del sistema que se sirve del
generador doblemente alimentado. Asimismo, cuando el arrollamiento
secundario es cortocircuitado por el elemento reactivo de corriente
alterna, el convertidor se detiene de inmediato y se vuelve a
arrancar después de que se ha extraído una corriente excesivamente
grande y se ha abierto entonces un cortocircuito, con lo que lleva
un tiempo prolongado suministrar de nuevo la potencia.
Es un objeto de la presente invención
proporcionar un aparato de conversión para la excitación del
secundario, que sea capaz de llevar a cabo simultáneamente la
protección de un convertidor para excitación del generador de doble
alimentación ante una corriente excesiva que se genera debido a un
accidente de la línea o a una perturbación de línea, y un
funcionamiento continuo de un convertidor.
En la presente invención, se ha instalado un
rectificador en paralelo con un convertidor a través de un elemento
reactivo, con el fin de proteger el convertidor de una corriente
excesiva generada en un arrollamiento secundario de un generador
doblemente alimentado durante la perturbación de la línea, de tal
manera que la corriente en exceso que fluye desde el arrollamiento
secundario es desviada hacia el rectificador con el fin de reducir
la cantidad de corriente que fluye al interior del convertidor.
El aparato de conversión de la presente
invención es capaz de reducir la capacidad de transporte de
corriente del convertidor gracias a que se evita que fluya al
interior del convertidor una corriente excesiva generada en el
arrollamiento secundario del generador doblemente alimentado,
durante la perturbación de la línea.
En la presente invención, la impedancia de un
rectificador, que sirve para manejar una corriente excesiva, es
reducida con el fin de proteger un convertidor para excitación,
asociado a un generador doblemente alimentado, de una corriente
excesiva debida a una perturbación en la línea, así como llevar a
cabo un funcionamiento continuo. En lo que sigue, la presente
invención se describirá en detalle con referencia a los dibujos que
se acompañan.
La Figura 1 muestra un diagrama explicativo de
la configuración de circuito de un aparato de generación de
potencia de acuerdo con una primera realización.
La Figura 2 muestra un diagrama de bloques de
control de un controlador para el aparato de generación de potencia
de la primera realización.
La Figura 1 es un diagrama de conexión de línea
única que ilustra la configuración de un aparato de acuerdo con
esta realización. Si bien se describe aquí un generador de potencia
de viento, la presente invención puede aplicarse a cualquier otro
caso en el que se utilice una fuerza de accionamiento diferente a
la de un aerogenerador 101.
En primer lugar se proporcionará una descripción
de un cableado y un aparato eléctricos destinados a suministrar
como salida potencia generada. Un generador de potencia de viento,
Gen, es un generador doblemente alimentado (generador de inducción
de rotor arrollado), y una salida de corriente alterna trifásica de
un lado de estator (lado primario) del generador Gen se conecta a
un lado secundario de un dispositivo de contacto electromagnético
CTT1, que puede ser abierto/cerrado en respuesta a una señal
externa. También, el dispositivo de contacto electromagnético tiene
un lado primario conectado a un lado primario de un dispositivo de
contacto electromagnético CTT2 y a un lado secundario de un
disruptor o disyuntor BR ("breaker"). El disyuntor BR tiene un
lado primario conectado a una línea de suministro de potencia, no
mostrada.
El disyuntor BR comprende, por ejemplo, una
función de corte o interrupción de una corriente mediante la
apertura del disyuntor en respuesta a una corriente excesiva.
Cuando se activa el disyuntor BR, se alimenta en potencia un
controlador CTRL existente en el generador de potencia de viento.
Se utiliza un dispositivo de batería, tal como un suministro de
potencia ininterrumpible, para suministrar la potencia al
controlador CTRL incluso en el caso de un accidente en la
línea.
El dispositivo de contacto electromagnético CTT2
tiene un lado secundario conectado a un terminal de salida de
corriente alterna de un convertidor CNV para su asociación a través
de un condensador Cn y un elemento reactivo Ln, conectados en
triángulo. Por otra parte, el convertidor CNV para asociación tiene
un terminal de salida de corriente continua (CC) conectado a un
terminal de salida de corriente continua del convertidor INV para
excitación, a través de un condensador de suavización o descrestado
de corriente continua, Cd.
El convertidor CNV para asociación y el
convertidor INV para excitación comprenden, por ejemplo, un
conmutador de potencia de semiconductor (tiristor, GTO, IGBT,
MOSFET de potencia), y tienen, respectivamente, las funciones de
convertir una corriente alterna en una corriente continua y
convertir una corriente continua en una corriente alterna.
El convertidor INV para excitación tiene un
terminal de salida de corriente alterna conectado a un terminal de
arrollamiento secundario del generador Gen a través de un reactor
Lr y de un condensador Cr.
Existe un rectificador REC conectado al terminal
de arrollamiento secundario del generador Gen a través de un
elemento reactivo Lx, en paralelo con el convertidor para
excitación. Este rectificador REC tiene conectada su parte de
corriente continua a una parte de corriente continua del
convertidor INV, por ejemplo, el condensador de suavización o
descrestado Cd, y está también conectado a un aparato de consumo de
energía, LOD, que comprende un conmutador semiconductor de potencia
y una resistencia. Si bien la siguiente descripción se realizará
para el caso en que el rectificador REC comprende un rectificador
de diodos, éste no está limitado al rectificador de diodos, sino
que es posible utilizar un conmutador de potencia de semiconductor
(tiristor, GTO, IGBT, MOSFET de potencia). También, en esta
realización, el generador Gen tiene un rotor unido al aerogenerador
101 directamente o a través de ruedas de engranajes y similares, de
tal manera que rota en asociación con la rotación del
aerogenerador. Sin embargo, lo mismo se aplica cuando éste se hace
rotar por medio de una turbina de agua para la generación de
potencia por almacenamiento bombeado y similar, por medio de un
motor de combustión interna, tal como un motor o turbina de gas, o
bien por una fuerza de accionamiento tal como la de un volante de
inercia.
A continuación se proporcionará una descripción
de la instalación de cables y de aparatos para controlar la
potencia generada. Se realiza la conversión de los valores de una
tensión trifásica y de una corriente trifásica en el lado primario
del disyuntor BR, en señales de tensión inferior Vs, Is,
respectivamente, por medio de un sensor de tensión PTs y de un
sensor de corriente CTs, y las señales de baja tensión se
suministran como entrada al controlador CTRL.
Una tensión del lado secundario del dispositivo
de contacto electromagnético CTT1, es decir, entre el dispositivo
de contacto electromagnético CTT1 y el estator del generador, se
convierte en una señal de baja tensión Vg por medio de un sensor de
tensión PTg, y se suministra como entrada al controlador CTRL.
Asimismo, una corriente trifásica del lado secundario del
dispositivo de contacto electromagnético CTT2, es decir, entre el
dispositivo de contacto electromagnético CTT2 y el convertidor CNV,
se convierte a una señal de baja tensión In por medio de un sensor
de corriente CTn, y la señal de baja tensión se suministra como
entrada al controlador CTRL.
La velocidad de rotación y la posición del
generador Gen son detectada por un detector de posición (por
ejemplo, un codificador 102), y se suministra como entrada una
señal de fase PLr (tren de impulsos) al controlador CTRL.
Asimismo, la tensión en el condensador de
suavización Cd conectado a la parte de corriente continua de los
convertidores CNV, INV, se convierte en una señal de baja tensión
Edc por medio de un sensor de tensión, no mostrado, y esta señal
Edc se suministra como entrada al controlador CTRL.
A continuación se describirán ciertas funciones
del controlador CTRL con referencia a la Figura 2. El controlador
CTRL controla los dispositivos de contacto electromagnéticos CTT1,
CTT2, los convertidores INV, CNV y el aparato de consumo de
energía, LOD, a través de señales Sg1, Sg2, Pulse_inv (Inversión_
impulso) Pulse_conv (Conversión_impulso) y Pulse_LOD.
El convertidor CNV para asociación dirige un
control de tensión de corriente continua y un control potencia
reactiva cero en la línea (factor de potencia uno), a fin de
controlar la tensión de corriente continua Edc en el condensador de
suavización Dc de manera que sea constante durante el
funcionamiento del generador de potencia de viento y desde antes
del enganche o conexión del generador Gen a una línea de potencia a
través del dispositivo de contacto electromagnético CTT1, hasta
después de la conexión.
En consecuencia, si el convertidor INV para
excitación consume potencia de corriente continua de manera que
ello resulta en una reducción de la tensión de corriente continua,
el convertidor CNV para asociación funciona extrayendo la potencia
de la línea de potencia y cargando la tensión de corriente continua
en el condensador de suavización Cd para mantenerla constante.
Y a la inversa, cuando el convertidor INV para
excitación carga el condensador de suavización Cd a fin de provocar
un incremento en una tensión de corriente continua a través del
condensador de suavización Cd, el convertidor CNV para asociación
funciona de modo que convierte la potencia de corriente continua en
potencia de corriente alterna, que es descargada para mantener la
tensión de corriente continua constante.
Se describirá en primer lugar, en detalle, el
control del convertidor CNV. El valor de tensión de corriente
alterna detectado, Vs, se suministra como entrada a un convertidor
de trifásica/bifásica 32trs. Asimismo, las salidas V\alpha y
V\beta del convertidor de trifásica/bifásica 32trs se suministran
como entrada al detector de fase THDET. El detector de fase THDET
calcula una señal de fase THs que sigue la tensión de la línea, por
ejemplo, por medio de una técnica de bucle bloqueado o fijado en
fase (PLL -"phase locked loop"), y suministra como salida la
señal de fase THs a un convertidor coordinado de trifásica/bifásica
32dqtrs y a un convertidor coordinado de bifásica/trifásica
dq23trs. El valor de instrucción u orden de tensión de corriente
continua, Eref, y el valor de tensión de corriente continua
detectado, Edc, son suministrados como entrada a un dispositivo
ajustador de tensión de corriente continua, DCAVR, que comprende,
por ejemplo, un controlador integral proporcional. El dispositivo
ajustador de tensión de corriente continua, DCAVR, ajusta un valor
de orden de corriente de eje d (valor de orden de corriente
dividido eficaz), Idnstr, generado de esta forma, de tal manera que
la diferencia entre el valor de orden introducido y el valor
detectado se reduce a cero, y suministra como salida el valor de
orden de corriente de eje d, Idnstr, a un dispositivo ajustador de
corriente 1-ACR.
El convertidor coordinado de trifásica/bifásica
32dqtrs calcula un valor de corriente de eje d detectado, Idn
(corriente eficaz) y un valor de corriente de eje q detectado
(corriente reactiva) a partir de la corriente suministrada como
entrada, In, con el uso de una ecuación de conversión que se
muestra como la ecuación 1, y suministra como salida el valor Idn
de corriente de eje d detectado, al dispositivo ajustador de
corriente 1-ACR, así como el valor Iqn de corriente
de eje q detectado, a un dispositivo ajustador de corriente
2-ACR.
El dispositivo ajustador de corriente
1-ACR ajusta un valor de orden de tensión de eje d,
Vdn0, generado por él, de tal manera que la diferencia entre el
valor Idnstr de orden de corriente de eje d y el valor Idn de
corriente de eje d detectado, se reduzca a cero, y suministra como
salida el valor Vdn0 de orden de tensión de eje d a un sumador 301.
De la misma manera, el dispositivo ajustador de corriente
2-ACR ajusta un valor de orden de tensión de eje q,
Vqn0, generado por él, de tal modo que la diferencia entre el valor
de orden de corriente de eje q (valor de orden = 0 cuando el factor
de potencia es uno) y el valor Iqn de corriente de eje q, se reduce
a cero, y suministra como salida el valor Vqn0 de orden de tensión
de eje q al sumador 302. Aquí, los dispositivos ajustadores de
corriente 1-ACR y 2-ACR pueden ser
implementados, por ejemplo, por controladores integrales
proporcionales.
Un convertidor coordinado de tensión, dqtrs,
calcula un valor de tensión de eje d detectado (un componente de
fase que coincide con un vector de tensión de línea), Vds, y un
valor de tensión de eje q detectado (una componente ortogonal al
valor Vds de tensión de eje d detectado), a partir la componente
\alpha, V\alpha, y de la componente \beta, V\beta, de la
tensión Vs suministrada como entrada al mismo, mediante el uso de
una ecuación de conversión que se muestra como la ecuación 2, y los
suministra como salida a los sumadores 301, 302,
respectivamente.
El sumador 301 suma el valor de orden de tensión
de eje d, Vdn0, y el valor de tensión de eje d detectado, Vds, y
suministra como salida la suma al convertidor coordinado de
bifásica/trifásica dq23trs. Análogamente, el sumador 302 suma el
valor de orden de tensión de eje q, Vqn0, y el valor de tensión de
eje q detectado, Vqs, y suministra como salida la suma al
convertidor coordinado de bifásica/trifásica dg23trs.
El convertidor coordinado de bifásica/trifásica
dg23trs recibe la señal de fase Ths y los resultados Vdn, Vqn de
los respectivos sumadores, y calcula valores de orden de tensión,
Vun, Vvn, Vwn, que han de ser suministrados como salida por el
convertidor, por medio de ecuaciones de conversión que se muestran
como la ecuación 3 y la ecuación 4, y suministra como salida los
valores de orden de tensión a un dispositivo calculador de PWM
PWNn.
\vskip1.000000\baselineskip
El dispositivo calculador de PWM PWNn calcula
una señal de puerta Pulse_cnv destinada a la conexión/desco-
nexión de n dispositivos semiconductores de potencia que constituyen el convertidor CNV, a partir de las órdenes de tensión Vun, Vvn, Vwn suministradas como entrada al mismo por medio de un esquema de modulación de anchura de impulso, y suministra como salida la señal de puerta al convertidor CNV.
nexión de n dispositivos semiconductores de potencia que constituyen el convertidor CNV, a partir de las órdenes de tensión Vun, Vvn, Vwn suministradas como entrada al mismo por medio de un esquema de modulación de anchura de impulso, y suministra como salida la señal de puerta al convertidor CNV.
Se describirá a continuación el control del
convertidor INV. La señal de fase PLr, indicativa de la velocidad
de rotación y de la posición del generador, se suministra como
entrada a un detector de fase de rotación ROTDET. El detector de
fase de rotación ROTDET cuenta los impulsos PLr de la señal de fase
para su conversión en la señal de fase, y restablece en cero la
señal de fase por medio de un impulso (a modo de ejemplo, un
impulso de fase Z en un codificador del tipo ABZ) en cada rotación,
a fin de suministrar como salida una señal de fase RTH de entre
cero y 360 grados, que no es acumulativa o saturable, al sumador
303.
La señal de fase RTH y una señal de fase de
salida, LTH, de un controlador de sincronización SYNC se suman para
generar una señal de fase TH. La señal de fase TH se suministra
como entrada a un dispositivo calculador de fase de excitación
SLDET, conjuntamente con la señal de fase THs.
El dispositivo calculador de fase de excitación
SLDET resta la señal de fase TH de la THs (THr = THs - TH) y
multiplica la diferencia por el número de pares de polos del
generador, para suministrar como salida una señal de fase THr a una
frecuencia angular eléctrica del rotor del generador.
Un dispositivo calculador de potencia, PQCAL,
recibe una corriente Ids de eje d que se orienta en la misma
dirección que un vector de fase U de la tensión de línea, y una
corriente Iqs de eje q, ortogonal al vector de fase U de la tensión
de línea, las cuales son detectadas a partir de un sistema Is de
corriente, por medio de la ecuación de conversión mostrada en lo
anteriormente mencionado (Expresión 1), así como el valor detectado
Vds de tensión de eje d y el valor detectado Vqs de tensión de eje
q, y calcula la potencia eficaz Ps y la potencia reactiva Qs del
sistema por medio de ecuaciones, según la ecuación 5:
\newpage
Un dispositivo ajustador APR de potencia eficaz
recibe la potencia eficaz Ps y una orden de potencia de salida Prf
del generador de potencia de viento, y suministra como salida un
valor Iq0 de orden de corriente de par, generado por éste, de tal
manera que la diferencia entre el valor de orden de potencia Pref y
el valor detectado de potencia Ps se reduce a cero.
El dispositivo ajustador AQR de potencia
reactiva recibe, a su vez, la potencia reactiva Qs y una orden de
potencia de salida, Qref, del generador de potencia de viento, y
suministra como salida un valor Id0 de orden de corriente de
excitación, generado por él, de tal manera que la diferencia entre
el valor Qref de orden de potencia y el valor detectado Qs de la
potencia, se reduce a cero. Aquí, el dispositivo ajustador de
potencia, APR, y el dispositivo ajustador de potencia reactiva, AQR,
pueden llevarse a la práctica, por ejemplo, mediante integradores
proporcionales.
El valor Iq0 de orden de corriente de par y el
valor Id0 de orden de corriente de excitación, que son los valores
de orden de corriente en las salidas respectivas del dispositivo
ajustador de potencia, APR, y del dispositivo ajustador de potencia
reactiva, AQR, se suministran como entrada a un conmutador SW.
El conmutador SW determina si se utilizarán las
salidas del dispositivo ajustador de potencia eficaz, APR, y del
dispositivo ajustador de potencia reactiva, AQR, o se utilizará el
cero para el valor Iq0 de orden de corriente de par, y la salida
del dispositivo ajustador de tensión para el valor Id0 de orden de
corriente de excitación. Aquí, el conmutador WS selecciona el uso
del cero para el valor Iq0 de orden de corriente de par, y de la
salida del dispositivo ajustador de tensión para el valor Id0 de
orden de corriente de excitación, antes de que se active el
dispositivo de contacto electromagnético CTT1, esto es, durante una
operación de sincronización de tensión destinada a sincronizar la
tensión del estator del generador con la tensión de la línea, así
como el uso de las salidas del dispositivo ajustador APR de
potencia eficaz y del dispositivo ajustador AQR de potencia
reactiva, una vez que se ha activado el dispositivo de contacto
magnético CTT1.
Se describirá aquí el dispositivo AVR ajustador
de tensión. El dispositivo AVR ajustador de tensión recibe, como
valor de realimentación, un valor de amplitud Vgpk de la tensión Vg
del estator del generador, y un valor filtrado Vsref de un valor de
amplitud de la tensión de línea Vs, a modo de valor de orden, y
aplica el conmutador SW con un valor Id1 de orden de corriente de
excitación, generado por él, el cual reduce a cero la diferencia
entre el valor de amplitud de la tensión Vg del estator del
generador y el valor de instrucción u orden Aquí, el dispositivo
AVR ajustador de tensión puede realizarse en la práctica, por
ejemplo, por medio de un controlador integral proporcional. Este
dispositivo AVR ajustador de tensión fuerza al dispositivo de
contacto electromagnético CTT1 a operar en un estado abierto y
entra en funcionamiento para calcular un valor de orden de
corriente excitada para forzar un flujo de corriente excitada desde
el convertidor IV al lado secundario del generador Gen, con el fin
de hacer coincidir el valor de amplitud de la tensión del estator
del generador Gen con el valor de amplitud de la tensión de la
línea.
El convertidor de trifásica/bifásica 32dqtrs
calcula un valor Idr de corriente de eje d detectado (componente de
corriente excitada) y un valor Iqr de corriente de eje q detectado
(componente de corriente de par) a partir de la corriente Ir
suministrada como entrada y de la fase THr del rotor, utilizando
una ecuación de conversión que se muestra como la ecuación 6, y
suministra como salida el valor Idr de corriente de eje d detectado
al dispositivo ajustador de corriente 4-ACR, y el
valor Iqr de corriente de eje q detectado, al dispositivo ajustador
de corriente 3-ACR.
El dispositivo ajustador de corriente
4-ACR ajusta un valor Vdr de orden de tensión de
eje d, generado por él, de tal manera que la diferencia entre el
valor Id1 o Id0 de orden de corriente de eje d y el valor Idr de
corriente de eje d detectado, se reduzca a cero. De la misma
manera, el dispositivo ajustador 3-ACR de corriente
ajusta un valor Vqr de orden de tensión de eje q, generado por él,
de tal manera que la diferencia entre el valor Iq1 o Iq0 de orden
de corriente de eje q y el valor Iqr detectado para la corriente de
eje q, se reduzca a cero. Aquí, los dispositivos ajustadores de
corriente pueden realizarse en la práctica, por ejemplo, por medio
de integradores proporcionales.
El valor Vdr de orden de tensión de eje d y el
valor Vqr de tensión de eje q detectado son suministrados como
entrada al convertidor coordinado de bifásica/trifásica dq23trs, y
el convertidor coordinado de bifásica/trifásica dq23trs calcula
valores de orden de tensión Vur, Vvr, Vwr suministrados como salida
por éste a partir de la señal de fase THr y de los valores de
entrada respectivos, por medio de ecuaciones de conversión que se
muestran como la ecuación 7 y la ecuación 8, y suministra como
salida los valores de orden de tensión al dispositivo calculador de
PWM PWMr.
El dispositivo calculador de PWM PWMr calcula
una señal de puerta Pulse_inv destinada a conectar/desconectar m
dispositivos semiconductores que constituyen el convertidor INV, a
partir de las instrucciones u órdenes de tensión Vur, Vvr, Vwr
suministradas como entrada, de acuerdo con un esquema de modulación
de anchura de impulso, y suministra como salida la señal de puerta
al convertidor INV.
El controlador de sincronización SYNC tiene dos
funciones. Una primera función consiste en calcular un valor de
orden de tensión para hacer coincidir el valor de amplitud de una
tensión en el estator con el valor de amplitud de la tensión de la
línea. Una segunda función consiste en calcular un valor de
corrección de fase LTH destinado a hacer coincidir la fase de la
tensión en el estator antes de una conexión a la línea, con la fase
de la tensión de la línea.
Se proporcionará, en primer lugar, una
descripción de la sincronización de la amplitud, que es la primera
función. Para sincronizar las amplitudes de tensión, se calcula el
valor de amplitud Vspk de la tensión de línea a partir de la raíz
de la suma de los cuadrados de las anteriormente mencionadas
V\alpha y V\beta, el valor de amplitud calculado se hace pasar
a través de un filtro de retardo de primer orden o similar, a fin
de eliminar los rizos u ondulaciones del mismo a fin de ser
utilizado por parte del dispositivo ajustador de,. tensión como el
valor Vsref de orden de tensión. Análogamente, es posible calcular
la tensión Vgpk del estator a partir de la componente \alpha y de
la componente \beta, y utilizarla por parte del dispositivo
ajustador de tensión como el valor Vgpk de realimentación, y
utilizarla también para determinar la sincronización de las
amplitudes. La determinación de la sincronización de las amplitudes
implica una comparación del valor Vsref de orden de tensión con la
amplitud Vgpk de tensión, y la sincronización de las amplitudes se
determina cuando la diferencia se encuentra dentro de un intervalo
predeterminado.
A continuación se proporcionará una descripción
de la sincronización de fase, que es la segunda función. La función
de sincronización de fase tiene como propósito hacer coincidir la
fase de la tensión de la línea con la fase de la tensión del
estator, e implica calcular la diferencia de fases entre ellas para
este fin. Si se proporciona como salida la diferencia de fases, tal
como es, como el valor LTH de corrección de fase, se provoca un
cambio repentino en la fase de la tensión del estator del
generador, de tal manera que se aplica la diferencia de fases a un
integrador que tiene un limitador que suministra entonces como
salida el valor LTH de corrección de fase. El valor LTH de
corrección de fase se suma o se resta de la fase de rotación RTH, a
fin de hallar la fase de rotación TH.
Aquí, la fase de excitación THr se calcula
restando la fase de rotación TH de la fase de tensión de línea THs,
tal y como se ha mencionado anteriormente, y se hace referencia a
ella como una frecuencia denominada de deslizamiento. En
consecuencia, cuando el convertidor INV se excita a la fase de la
señal de fase THr, una frecuencia angular \omega1del estator
coincide con la frecuencia angular \omega0 de la tensión de línea
(\omega0 = \omega1), y las fases se hacen también coincidir con
la ayuda del valor de corrección de fase LTH.
El controlador de sincronización SYNC envía una
señal de sincronización SYN a un controlador SYS del sistema cuando
la fase y la tensión entre Vg y Vs coinciden. Este controlador SYS
del sistema suministra como salida, al recibir la señal de
sincronización SYN, unas señales Sg0, Sg1 destinadas a hacer
funcionar el conmutador SW y el dispositivo de contacto
electromagnético CTT1. Conforme se suministra como salida un
indicador SYN de determinación de la sincronización, en respuesta a
la coincidencia sustancial de la diferencia de fases entre Vg y Vs,
el controlador SYS del sistema envía una señal de conmutación de
control Sg0 al conmutador SW, y suministra como salida una orden de
cierre al dispositivo de contacto electromagnético CTT1.
A continuación se proporcionará una descripción
del rectificador REC cuando se produce la perturbación en el
sistema. Cuando el potencial de la línea se hace pequeño, la
corriente se incrementa en \DeltaI debido a una diferencia de
tensiones \DeltaV entre una tensión inducida y la tensión de la
línea. En tal caso, la corriente se incrementa en \DeltaI/a en el
arrollamiento secundario, donde a representa una relación de
arrollamientos del generador doblemente alimentado. Cuando esta
corriente \DeltaI/a es grande, se aplica al arrollamiento
secundario una corriente excesivamente grande.
Como el convertidor y el rectificador REC se
encuentran conectados al lado secundario a través de elementos
reactivos Lr, Lx, respectivamente, una corriente Ic que fluye al
interior de Lr y una corriente que fluye al interior de Lx se
expresan por medio de la ecuación 9 y de la ecuación 10,
respectivamente, y son repartidas según la relación entre las
impedancias ZLr, ZLx de los elementos reactivos Lr, Lx. La
corriente excesivamente elevada debida a la perturbación está
causada, en este caso, por una componente de corriente continua y
una componente en contra-fase de una corriente
accidental o fortuita que fluye al interior del lado primario
(estator) y que aparece como una corriente alterna según se observa
desde el lado del arrollamiento, de tal manera que las impedancias
del convertidor y del rectificador REC en el lado secundario pueden
ser diferenciadas por los elementos reactivos Lr, Lx. Aquí, si la
impedancia ZLx del elemento reactivo Lx asociado al rectificador se
escoge de manera que sea igual o menor que la impedancia ZLr del
elemento reactivo Lr asociado al convertidor, esta elección resulta
eficaz para la protección ante una corriente excesiva. La relación
entre la impedancia ZLx del elemento reactivo Lx asociado al
rectificador, y la impedancia ZLr del elemento reactivo Lr asociado
al convertidor, se establece de tal manera que la corriente
distribuida al interior del rectificador REC sea mayor que un valor
calculado restando la corriente de salida del convertidor de la
corriente de salida estimada del generador Gen, y es igual o menor
que el 85% de la corriente de salida estimada y, más
preferiblemente, igual o menor que el 50%.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
La corriente así distribuida carga el
condensador de suavización o descrestado Cd y un condensador Cx de
la parte de corriente continua, lo que da lugar a un incremento de
la tensión de corriente continua. A medida que la tensión de
corriente continua se incrementa, los elementos y condensadores que
forman el rectificador y el convertidor sufren un corte o
disrupción, de tal manera que se hace funcionar el aparato de
consumo de energía LOD cuando la tensión de corriente continua
excede un valor predeterminado, por ejemplo, el 110% de un valor
normal.
Con el fin de hacer funcionar el aparato de
consumo de energía LOD para controlar la tensión de corriente
continua de manera que sea igual o menor que un valor
predeterminado, la diferencia entre un segundo valor Eref_0V de
orden de tensión de corriente continua y un valor detectado Edc, se
detecta por medio de un restador 304. Cuando la diferencia es
negativa, es decir, cuando la tensión de corriente continua es más
alta que el valor de orden, se suministra como salida la
diferencia. Cuando la diferencia es positiva, esto es, cuando la
tensión de corriente continua es más pequeña que el valor de orden,
se emplea un limitador LIM para reducir la salida a cero, la cual
se suministra entonces como entrada al dispositivo ajustador DCAVR2
de tensión de corriente continua.
El dispositivo ajustador DCAVR2 de corriente
continua calcula un valor de orden DUTY (trabajo) para la
conexión/desconexión de un conmutador, y suministra como salida un
valor de orden de impulso, Pulse_LOD, al aparato de consumo de
energía LOD con el fin de conectar / desconectar el conmutador en
respuesta al valor de orden, al objeto de hacer funcionar el aparato
de consumo de energía LOD tan solo cuando la tensión de corriente
continua es superior al valor de orden.
El aparato de consumo de energía LOD comprende,
por. ejemplo, una resistencia R conectada en serie a un conmutador
de potencia de semiconductor, y funciona consumiendo la potencia de
la tensión de corriente continua con la resistencia R mientras
permanece conectado el conmutador. Al hacer funcionar de esta forma
el aparato de consumo de energía LOD, la tensión de corriente
continua se mantiene en un valor predeterminado o por debajo de
él.
Alternativamente, cuando el rectificador REC y
el aparato de consumo de energía LOD se disponen en paralelo con el
convertidor, y se proporciona un terminal para conectar una parte
de corriente continua del rectificador REC a una parte de salida de
corriente continua del convertidor, por ejemplo, el condensador de
suavización Cd, es posible disponer uno o una pluralidad de los
rectificadores REC y de los aparatos de consumo de energía LOD con
el fin de proporcionar la capacidad requerida. En tal caso, puede
utilizarse una barra o regleta de bus para la conexión a la parte de
corriente continua con una impedancia baja.
Como se ha descrito anteriormente, el
rectificador REC se conecta al rotor a través del reactor Lx, cuyo
valor es modificado, para conectar la parte de corriente continua
del rectificador REC a la parte de corriente continua del conversor
de la realización anterior, de tal manera que la mayor parte de una
corriente excesiva generada en el rotor puede ser enviada al
rectificador, con lo que se reduce la corriente que fluye al
interior del convertidor. De manera ventajosa, el convertidor puede
proporcionar una capacidad de transporte de corriente más pequeña.
También, en esta realización, puesto que es posible limitar una
corriente excesiva del convertidor, puede proseguirse con el
funcionamiento del convertidor sin que haya necesidad de detener la
señal de puerta del convertidor.
\newpage
Asimismo, en la realización anterior, como el
aparato de consumo de energía LOD está instalado en el lado de
corriente continua del rectificador y se hace funcionar cuando la
tensión de corriente continua se incrementa debido a una corriente
excesiva, los dispositivos asociados pueden ser protegidos de la
tensión de corriente continua excesiva. Por otra parte, puesto que
el rectificador REC está dispuesto en paralelo, pueden
proporcionarse soportes flexibles para un sistema que se desea con
el fin de proseguir con el funcionamiento aun cuando se ha generado
una corriente excesiva debido a un accidente en la línea, y para un
sistema que se requiere para suministrar la potencia de forma
temprana en la salida, tras el reinicio del funcionamiento,
mediante la instalación adicional de rectificadores añadidos, o
mediante la no instalación del rectificador.
Claims (10)
1. Un aparato de conversión para excitación de
secundario, que comprende un convertidor para excitación de
corriente alterna, destinado a excitar en corriente alterna un
arrollamiento secundario de un generador doblemente alimentado que
tiene un estator conectado a una línea de potencia, y un controlador
para dicho convertidor para excitación de corriente alterna, en el
cual:
dicho convertidor para excitación de corriente
alterna comprende un primer convertidor para excitación (INV) y un
segundo convertidor para asociación (CNV), de tal modo que dicho
primer convertidor (INV) tiene un lado de corriente continua
conectado a un lado de corriente continua de dicho segundo
convertidor (CNV),
dicho primer convertidor (INV) tiene un lado de
corriente alterna conectado a un arrollamiento secundario de dicho
generador doblemente alimentado, a través de una primera impedancia
(Lr) y
dicho aparato de conversión comprende
adicionalmente un rectificador que tiene un lado de corriente
continua (Cx) conectado en paralelo con los lados de corriente
continua (Cd) conectados de dicho primer convertidor (INV) y de
dicho segundo convertidor (CNV), así como un lado de corriente
alterna conectado al arrollamiento secundario de dicho generador
doblemente alimentado, a través de una segunda impedancia (Lx),
dicha primera impedancia (Lr) y dicha segunda
impedancia (Lx) comprenden elementos reactivos, y
dicha primera impedancia (Lr) tiene un valor que
es mayor que el de dicha segunda impedancia (Lx).
2. Un aparato de conversión para excitación de
secundario, de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual dicho
rectificador es un rectificador de diodos.
3. Un aparato de conversión para excitación de
secundario, de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende
adicionalmente medios de consumo de energía, conectados a un lado de
corriente continua (Cx) de dicho rectificador.
4. Un aparato de conversión para excitación de
secundario, de acuerdo con la reivindicación 3, en el cual:
dicho controlador utiliza dichos medios de
consumo de energía para controlar una tensión en el lado de
corriente continua (Cx) de dicho rectificador, de manera que sea un
valor predeterminado o inferior a éste.
5. Un aparato de conversión para excitación de
secundario, de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual:
dicho convertidor para excitación de corriente
alterna (INV) incluye un terminal para conectar un lado de corriente
alterna de dicho diodo rectificador al arrollamiento secundario de
dicho generador doblemente alimentado, a través de dicha segunda
impedancia (Lx), y un terminal destinado a conectar el lado de
corriente continua (Cx) de dicho diodo rectificador a los lados de
corriente continua (Cd) conectados de dicho primer convertidor (INV)
y de dicho segundo convertidor(CNV).
6. Un aparato de generación doblemente
alimentado, que comprende un generador doblemente alimentado que
tiene un estator conectado a una línea de potencia, un convertidor
de potencia para excitación de corriente alterna, destinado a
excitar en corriente alterna un arrollamiento secundario de dicho
generador doblemente alimentado, y un controlador para dicho
convertidor para excitación de corriente alterna, en el cual:
dicho convertidor para excitación de corriente
alterna comprende un primer convertidor (INV) para excitación y un
segundo convertidor (CNV) para asociación, de tal modo que dicho
primer convertidor (INV) tiene un lado de corriente continua (Cd)
conectado a un lado de corriente continua (Cx) de dicho segundo
convertidor (CNV),
dicho primer convertidor (INV) tiene un lado de
corriente alterna conectado al arrollamiento secundario de dicho
generador doblemente alimentado, a través de un primer elemento
reactivo (Lx),
dicho aparato de generación comprende un
rectificador que tiene un lado de corriente continua (Cx) conectado
en paralelo con los lados de corriente continua conectados (Cd) de
dicho primer convertidor (INV) y de dicho segundo convertidor (CNV),
así como un lado de corriente alterna conectado al arrollamiento
secundario de dicho generador doblemente alimentado, a través de un
segundo elemento reactivo (Lx), y
dicho primer elemento reactivo (Lr) tiene una
impedancia que es mayor que la impedancia de dicho segundo elemento
reactivo (Lx).
7. Un aparato de generación doblemente
alimentado, de acuerdo con la reivindicación 6, en el cual dicho
rectificador es un rectificador de diodos.
8. Un aparato de generación doblemente
alimentado, de acuerdo con la reivindicación 7, en el cual:
dicho convertidor para excitación (INV) de
corriente alterna incluye un terminal para conectar un lado de
corriente alterna de dicho rectificador de diodos al arrollamiento
secundario de dicho generador doblemente alimentado, a través de
dicha segunda impedancia (Lx), así como un terminal para conectar el
lado de corriente continua (Cx) de dicho rectificador de diodos a
los lados de corriente continua (Cd) conectados de dicho primer
convertidor (INV) y de dicho segundo convertidor (CNV).
9. Un aparato de generación doblemente
alimentado, de acuerdo con la reivindicación 7, que comprende medios
de consumo de energía, conectados al lado de corriente continua (Cx)
de dicho rectificador, de tal modo que dichos medios de consumo de
energía incluyen un conmutador semiconductor y una resistencia.
10. Un aparato de generación de potencia de
viento doblemente alimentado, que comprende un generador doblemente
alimentado que tiene un rotor accionado por un aerogenerador, y un
estator conectado a una línea de potencia, un convertidor para la
excitación de corriente alterna, destinado a excitar en corriente
alterna un arrollamiento secundario de dicho generador doblemente
alimentado, y un controlador para dicho convertidor para excitación
de corriente alterna, en el cual:
dicho convertidor para excitación de corriente
alterna comprende un primer convertidor (INV) para excitación y un
segundo convertidor (CNV) para asociación, de tal modo que dicho
primer convertidor (INV) tiene un lado de corriente continua (Cd)
conectado a un lado de corriente continua de dicho segundo
convertidor (CNV),
dicho primer convertidor (INV) tiene un lado de
corriente alterna conectado al arrollamiento secundario de dicho
generador doblemente alimentado, a través de un primer elemento
reactivo (Lr),
dicho aparato de generación comprende:
un rectificador, que tiene un lado de corriente
continua (Cx) conectado en paralelo con los lados de corriente
continua (Cd) conectados de dicho primer convertidor (INV) y de
dicho segundo convertidor (CNV), así como un lado de corriente
alterna conectado al arrollamiento secundario de dicho generador
doblemente alimentado, a través de un segundo elemento reactivo
(Lx); y
medios de consumo de energía, conectados al lado
de corriente continua (Cx) de dicho rectificador, de tal modo que
dichos medios de consumo de energía incluyen un conmutador
semiconductor y una resistencia, y
dicho primer reactor (Lr) tiene una impedancia
que es mayor que la impedancia de dicho segundo reactor (Lx).
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