ES2351373T3 - Sistema de energía que comprende una turbina de potencia eólica o una turbina de potencia hidráulica. - Google Patents

Sistema de energía que comprende una turbina de potencia eólica o una turbina de potencia hidráulica. Download PDF

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Abstract

Sistema de energía, que comprende: una turbina de potencia eólica (1) o turbina de potencia hidráulica (1), que está conectada con un generador (2), en el que el generador (2) presenta al menos dos abollamientos de estator (3) y a cada arrollamiento de estator (3) está asociada, respectivamente, una unidad rectificadora (4) y cada arrollamiento de estator (3) está conectado con el lado de tensión alterna de la unidad rectificadora (4) asociada, caracterizado porque a cada unidad rectificadora (4) está asociado, respectivamente, un circuito acumulador de energía (5) y cada unidad rectificadora (4) está conectada en paralelo en el lado de tensión continua con el circuito acumulador de energía (5) asociado, y porque los circuitos acumuladores de energía (5) están conectados en serie entre sí.

Description

Campo técnico
[0001] La invención se refiere al campo de las energías renovables. Parte de un sistema de energía de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación independiente.
Estado de la técnica
[0002] Los sistemas de energía eólica, como se emplean actualmente cada vez con mayor intensidad como proveedores alternativos de energía, en virtud del agotamiento de recursos de energía, se instalan habitualmente en tierra o delante de la costa del mar. Los sistemas de energía mareomotriz se instalan de nuevo típicamente en el fondo del mar, de manera que se utiliza la altura total de la marea o la circulación del agua del mar como fuente principal de energía.
[0003] Un sistema de energía eólica del tipo indicado al principio se indica en “Power Quality Measurements Performed on a Large Wind Park at Low and Medium Voltaje Level”. E. Ghiani y col., Internacional Conference on Power System Transients, 4 – 7 de Junio de 2007. En este documento, el sistema de energía eólica presenta una turbina de fuerza eólica, que está conectada con un generador, en el que el generador comprende típicamente al menos dos arrollamientos de estator. Los arrollamientos de estator están conectados con un transformador, que sirve para la generación de una alta tensión alterna, con lo que entonces la energía eléctrica a este respecto se puede transportar sin pérdida y de manera eficiente. El documento WO 0215367 publica un sistema de energía del tipo indicado al principio, que comprende una instalación de energía eólica, en la que el generador presenta dos estatores con dos arrollamientos, respectivamente, y a cada arrollamiento del estator está asociado un rectificador. A cada estator está asociado un transformador para conectar el sistema de energía en la red.
[0004] Pero precisamente en los sistemas de energía eólica, que están instalados en el mar fuera de la costa
o en los sistemas de energía mareomotriz, que están instalados típicamente por debajo de la superficie del agua, no es deseable un transformador, en particular transformador de petróleo, por razones de instalación así como por razones de mantenimiento. Además, se incrementan en gran medida las tasas de fallos y la tendencia a averías del sistema de energía y se reduce en una medida correspondiente la disponibilidad, en el caso de que el transformador no se mantenga en una medida suficiente o regularmente.
Representación de la invención
[0005] Por lo tanto, el cometido de la invención es indicar un sistema de energía, que está constituido de forma sencilla y es robusto y no requiere un transformador. Este cometido se soluciona por medio de las características de la reivindicación 1. En las reivindicaciones dependientes se indican desarrollos ventajosos de la invención.
[0006] El sistema de energía de acuerdo con la invención comprende una turbina de potencia eólica o turbina de potencia hidráulica, que está conectada con un generador, en el que el generador presenta al menos dos arrollamientos de estator. De acuerdo con la invención, ahora a cada arrollamiento de estator está asociada, respectivamente, una unidad rectificadora y cada arrollamiento de estator está conectado con el lado de tensión alterna de la unidad rectificadora asociada. El número de las unidades rectificadoras corresponde, por lo tanto, al número de los arrollamientos de estator. Además, a cada unidad rectificadora está asociado, respectivamente, un circuito acumulador de energía y cada unidad rectificadora está conectada en el lado de tensión continua con el circuito acumulador de energía asociado. El número de los circuitos acumuladores de energía corresponde, por lo tanto, al número de las unidades rectificadoras. Además, los circuitos acumuladores de energía están conectados en serie entre sí. Las al menos dos unidades rectificadoras generan una tensión continua sobre el lado respectivo de la tensión continua, es decir, en el circuito acumulador de energía correspondiente, de manera que a través de la conexión en serie de los circuitos acumuladores de energía se suman las tensiones continuas, de manera que resulta de manera ventajosa una tensión continua total alta a través de los circuitos acumuladores de energía. De esta manera, no es necesario un transformador para la generación de una tensión alterna alta y se puede ahorrar con ventaja. Por medio de una transmisión de corriente continua de tensión media o de una transmisión de corriente continua de alta tensión (HGÜ) se puede transportar entonces a este respecto energía eléctrica sin pérdidas y de una manera eficiente. Puesto que el sistema de energía de acuerdo con la invención no presenta ningún transformador, se suprime también una instalación y un mantenimiento costosos, con lo que el sistema de energía es, en general, más sencillo y más robusto y se caracteriza por una alta disponibilidad.
[0007]Éstos y otros cometidos, ventajas y características de la presente invención se publican a partir de la descripción detallada siguiente de ejemplos de realización preferidos en combinación con el dibujo.
Breve descripción de los dibujos
[0008] En este caso:
La figura 1 muestra una primera forma de realización del sistema de energía de acuerdo con la invención.
La figura 2 muestra una segunda forma de realización del sistema de energía de acuerdo con la invención.
La figura 3 muestra una tercera forma de energía del sistema de energía de acuerdo con la invención, y
La figura 4 muestra una cuarta forma de realización del sistema de energía de acuerdo con la invención.
[0009] Los signos de referencia utilizados en el dibujo y su significación se indican agrupados en la lista de signos de referencia. En principio, en las figuras las partes iguales se proveen con los mismos signos de referencia. Las formas de realización descritas representan a modo de ejemplo el objeto de la invención y no tienen ningún efecto de limitación.
Modos de realización de la invención
[0010] En la figura 1 se representa una forma de realización del sistema de energía de acuerdo con la invención. El sistema de energía comprende una turbina de potencia eólica 1, por ejemplo en el caso de un sistema de potencia eólica o una turbina de potencia hidráulica 1, por ejemplo en el caso de un sistema de energía mareomotriz, que está conectado con un generador 2, en el que el generador 2 presenta al menos dos arrollamientos de estator 3. Es concebible cualquier tipo de generador, como por ejemplo una máquina síncrona, máquina asíncrona, máquina de reluctancia, etc. De acuerdo con la invención, ahora, en general, a cada arrollamiento del estator 3 está asociada, respectivamente, una unidad rectificadora 4 y cada arrollamiento del estator 3 está conectado con el lado de tensión alterna de la unidad rectificadora 4 asociada. De acuerdo con ello, el número de unidades rectificadoras 4 corresponde al número de los arrollamientos del estator 3. Además, a cada unidad rectificadora 4 está asociado un circuito acumulador de energía 5 y cada unidad rectificadora 4 está conectada en el lado de tensión continua con el circuito acumulador de energía 5 asociado. En número de circuitos acumuladores de energía 5 corresponde, por lo tanto, al número de las unidades rectificadoras 4. Además, los circuitos acumuladores de energía 5 están conectados en serie entre sí. La forma de realización mostrada en la figura 1 presenta, por ejemplo, cinco arrollamientos de estator 3 y, por lo tanto, también cinco unidades rectificadoras 4 y, por consiguiente, también cinco circuitos acumuladores de energía 5. Las generalmente al menos dos unidades rectificadoras 4 generan una tensión continua sobre el lado de tensión continua respectivo, es decir, en el circuito acumulador de energía 5 correspondiente, de manera que se suman las tensiones continuas a través de la conexión en serie de los circuitos acumuladores de energía 5, de tal forma que resulta con ventaja una tensión continua total alta a través de los circuitos acumuladores de energía 5. De esta manera no es necesario un transformador para la generación de una tensión alterna alta y se puede ahorrar de manera ventajosa. Además, se reduce el número y la sección transversal de los cables necesarios, que deben tenderse hacia el punto de conexión del sistema de energía. Con la ayuda de una transmisión de corriente continua de tensión media o de una transmisión de corriente continua de alta tensión (HGÜ) se puede transportar, por ejemplo, entonces la energía eléctrica respectiva sin pérdidas y de una manera eficiente, especialmente en un sistema de energía eólica
o en un sistema de energía mareomotriz entonces, por ejemplo, en tierra firme. Puesto que el sistema de energía de acuerdo con la invención no presenta ningún transformador, se suprime también una instalación y un mantenimiento costosos, con lo que el sistema de energía es, en general, más sencillo y más robusto y se caracteriza por una alta disponibilidad. Las unidades rectificadoras 4 están realizadas, respectivamente, como dos circuitos de semipuente, es decir, un circuito de puente completo. De acuerdo con la primera forma de realización del sistema de energía de acuerdo con la invención según la figura 1, pero también de acuerdo con una segunda, tercera y cuarta formas de realización según la figura 2, la figura 3 y la figura 4, respectivamente, que se describen en detalle todavía a continuación, en general, cada unidad rectificadora 4 está configurada como unidad rectificadora activa 4 con conmutadores de semiconductores de potencia controlables, es decir, que el circuito de puente completo comprende conmutadores de semiconductores controlables. La ventaja de la unidad rectificadora activa 4 consiste en la mejora de la capacidad de regulación del generador 2 en caso de cambio de carga, por ejemplo, a través de ráfagas de viento o modificaciones de la circulación. Además, es posible accionar el generador 4 con motor, para posicionar la estrella del rotor con respecto al montaje de la hoja de rotor. Como alternativa o simplificación adicional, sobre todo la reducir el gasto de activación, también es concebible que, en general, cada unidad rectificadora 4 esté configurada como unidad rectificadora pasiva 4 con conmutadores de semiconductores de potencia pasivos no controlables, es decir, que el circuito de puente completo solamente comprende conmutadores de semiconductores de potencia pasivos no controlables, como por ejemplo diodos de potencia. Si la unidad rectificadora 4 está configurada como unidad rectificadora pasiva 4 y el generador está realizado, por ejemplo, como máquina magnética permanente, entonces con preferencia un condensador 8 está insertado en serie entre el arrollamiento del estator 3 y la unidad rectificadora pasiva 4, con lo que se puede conseguir un funcionamiento con alto factor de potencia. En una cuarta forma de realización según la figura 4, se representa el circuito de un sexto condensador 8. Además, es concebible que cada unidad rectificadora 4 esté configurada, en general, como rectificadora de varios puntos para la conexión de una pluralidad de niveles de tensión de conexión.
[0011] De acuerdo con la figura 1, el circuito acumulador de energía 5 presenta un acumulador capacitivo de energía, con lo que se puede realizar un circuito acumulador de energía extraordinariamente sencillo. De manera alternativa a ello, de acuerdo con la segunda forma de realización del sistema de energía de acuerdo con la invención según la figura 2 así como de acuerdo con la tercera forma de realización del sistema de energía de acuerdo con la invención según la figura 3, también es concebible que el circuito acumulador de energía 5 presente un primer acumulador capacitivo de energía y un segundo acumulador capacitivo de energía conectado en serie con el primer acumulador capacitivo de energía, con lo que se puede conseguir con ventajas una tensión continua más alta por cada circuito acumulador de energía 5.
[0012] De acuerdo con la figura 2, cada arrollamiento de estator 3 presenta una primera conexión A y una segunda conexión B, de manera que la primera conexión A está conectada con el lado de tensión alterna de la unidad rectificadora 4 asociada y la segunda conexión B está conectada con el punto de conexión del primer acumulador capacitivo de energía con el segundo acumulador capacitivo de energía. Con preferencia, la unidad rectificadora 4 respectiva según la figura 2 se puede realizar como circuito de semipuente único, de manera que se pueden ahorrar conmutadores de semiconductores de potencia con respecto a la unidad rectificadora 4 respectiva, que está realizada como circuito de puente completo. De esta manera, se simplifica adicionalmente el sistema de energía.
[0013] De acuerdo con la figura 3, cada arrollamiento del estator 3 está formado por tres arrollamientos parciales 3a, 3b, 3c y cada arrollamiento parcial 3a, 3b, 3c está conectado con el lado de tensión alterna de la unidad rectificadora 4 asociada al arrollamiento de estator 3 respectivo. Con preferencia, los tres arrollamientos parciales 3a, 3b, 3c están conectados en circuito de estrella, como se muestra en la figura 3.
[0014] En caso de fallo, por ejemplo, de una unidad rectificadora 4, de acuerdo con las figuras 1, 2, 3 y 4, en paralelo con cada circuito acumulador de energía 5 está conectado un medio de cortocircuito 6, cuyo medio de cortocircuito 6 permite entonces el cortocircuito del circuito acumulador de energía 5 respectivo. Es posible de manera ventajosa una continuación del funcionamiento del sistema de energía, reduciéndose entonces, naturalmente, la tensión continua total sobre todos los circuitos acumuladores de energía 5. La reducción de la tensión continua total en caso de fallo se puede impedir a través del diseño adecuado del sistema de energía, de manera que incluso en caso de un cortocircuito de un circuito acumulador de energía 5, con las unidades rectificadoras 4 restantes se puede generar toda la tensión continua nominal. Además, de acuerdo con las figuras 1, 2, 3 y 4, en cada conexión con el arrollamiento del estator 3 está conectado un medio de separación, de manera que el medio de separación 7 sirve para la separación galvánica del arrollamiento del estator 3. En caso de fallo, por ejemplo, en un arrollamiento de estator 3, éste se puede separar con ventaja. Además, a través del cortocircuito de un circuito acumulador de energía 5 con la ayuda del medio de cortocircuito 6 respectivo y a través de la separación simultánea del arrollamiento del estator 3 respectivo con la ayuda del medio de separación 7, se puede aislar la unidad rectificadora 4 respectiva por ejemplo para fines de mantenimiento o de prueba y/o para su sustitución.
Lista de signos de referencia
[0015]
1 Turbina de potencia eólica o turbina de
potencia hidráulica 2 Generador 3 Arrollamiento del estator 3a, 3b, 3c Abollamientos parciales del arrollamiento
del estator 4 Unidad rectificadora
-10
5
Circuito acumulador de energía
6
Medios de cortocircuito
7
Medios de separación
8
Condensador
5

Claims (11)

  1. REIVINDICACIONES
    1.-Sistema de energía, que comprende:
    una turbina de potencia eólica (1) o turbina de potencia hidráulica (1), que está conectada con un generador (2), en el que el generador (2) presenta al menos dos abollamientos de estator (3) y a cada arrollamiento de estator (3) está asociada, respectivamente, una unidad rectificadora (4) y cada arrollamiento de estator (3) está conectado con el lado de tensión alterna de la unidad rectificadora (4) asociada,
    caracterizado porque a cada unidad rectificadora (4) está asociado, respectivamente, un circuito acumulador de energía (5) y cada unidad rectificadora (4) está conectada en paralelo en el lado de tensión continua con el circuito acumulador de energía (5) asociado, y porque los circuitos acumuladores de energía (5) están conectados en serie entre sí.
  2. 2.-Sistema de energía de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el circuito acumulador de energía (5) presenta un acumulador capacitivo de energía.
  3. 3.-Sistema de energía de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el circuito acumulador de energía (5) presenta un primer acumulador capacitivo de energía y un segundo acumulador capacitivo de energía conectado en serie con el primer acumulador capacitivo de energía.
  4. 4.-Sistema de energía de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado porque cada arrollamiento de estator (3) presenta una primera conexión (A) y una segunda conexión (B), y porque la primera conexión (A) está conectada con el lado de tensión alterna de la unidad rectificadora (4) asociada y la segunda conexión
    (B) está conectada con el punto de conexión del primer acumulador capacitivo de energía con el segundo acumulador capacitivo de energía.
  5. 5.-Sistema de energía de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque cada arrollamiento de estator (3) está formado por tres arrollamientos parciales (3a, 3b, 3c), y porque cada arrollamiento parcial (3a, 3b, 3c) está conectado con el lado de tensión alterna de la unidad rectificadora (4) asociada al arrollamiento de estator (3) respectivo.
  6. 6.-Sistema de energía de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque en paralelo con cada circuito acumulador de energía (5) está conectado un medio de cortocircuito (6).
  7. 7.-Sistema de energía de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque en cada conexión con el arrollamiento del estator (3) está conectado un medio de separación (7), en el que el medio de separación (7) sirve para la separación galvánica del arrollamiento de estator (3).
  8. 8.-Sistema de energía de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque cada unidad rectificadora (4) está configurada como unidad rectificadora activa (4) con conmutadores de semiconductores controlables.
  9. 9.-Sistema de energía de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque cada unidad rectificadora (4) está con figurada como unidad rectificadora pasiva (4) con conmutadores de semiconductores de potencia pasivos no controlables.
  10. 10.-Sistema de energía de acuerdo con la
    5 reivindicación 9, caracterizado porque un condensador (8) está conectado en serie entre el arrollamiento del estator (3) y la unidad rectificadora pasiva (4).
  11. 11.-Sistema de energía de acuerdo con una de las
    10 reivindicaciones 8 a 10, caracterizado porque cada unidad rectificadora (4) está configurada como rectificadora de corriente de varios puntos para la conexión de una pluralidad de niveles de tensión de conexión.
ES08152006T 2008-02-27 2008-02-27 Sistema de energía que comprende una turbina de potencia eólica o una turbina de potencia hidráulica. Active ES2351373T3 (es)

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EP08152006A EP2096732B1 (de) 2008-02-27 2008-02-27 Energiesystem umfassend eine Wind- oder Wasserkraftturbine

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ES2351373T3 true ES2351373T3 (es) 2011-02-03

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