ES2360433A1 - Método y sistema de control de una instalación eólica ante faltas de red. - Google Patents
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Abstract
Método y sistema de control de una instalación eólica ante faltas de red.La presente Invención se refiere a un método y sistema para el control de una instalación eólica conectada a una red eléctrica, cuando se produce una falta en dicha red.En las máquinas eléctricas que forman parte de la instalación eólica, generadores y transformadores, es posible modificar la impedancia de cierre del neutro introduciendo una pluralidad de elementos activos y pasivos. De esta forma se limitan las intensidades circulantes durante el fallo de red con lo que se reduce el pico de par en el tren mecánico de los aerogeneradores y permite a su vez garantizar el cumplimiento de los requisitos de conexión a red, ya que se mantiene en todo momento el control de las corrientes activas y reactivas.
Description
Método y sistema de control de una instalación
eólica ante faltas de red.
La presente invención se refiere a un método y
sistema para el control de una instalación eólica conectada a una
red eléctrica, cuando se produce una falta en dicha red.
En los últimos años el número de aerogeneradores
y parques eólicos conectados a la red eléctrica ha aumentado de
forma notable. Por este motivo, los operadores de red han
incrementado el nivel de exigencia de los aerogeneradores,
especificando una serie de requisitos de actuación ante faltas (p.
ej. huecos de tensión de la red) que eviten su desconexión de la
red.
Entre los distintos tipos de aerogeneradores,
aquellos basados en topologías doblemente alimentadas son los más
sensibles a las perturbaciones de la red. En este tipo de
topologías, en caso de caída de tensión, aparecen en los devanados
del rotor corrientes elevadas que pueden llegar a dañar el
convertidor conectado al rotor.
Actualmente, existen diferentes soluciones que
permiten proteger el convertidor de las elevadas corrientes que se
dan en los sistemas de tipo doblemente alimentados.
Algunas de estas soluciones (WO03/065567, WO
2004/091085, WO 2005/015730), por ejemplo, introducen unas
impedancias en paralelo con el estátor o con el rotor del generador.
Estas soluciones, sin embargo, implican desacoplar el generador de
la red o implican la pérdida del control del generador durante los
instantes iniciales del transitorio, dificultando así el
cumplimiento de los requisitos de los operadores de red.
Otras soluciones (WO03/058789) proponen
introducir, entre el generador y la red, unas impedancias en serie
con cada una de las fases del estátor. Ello requiere incorporar al
sistema un elevado número de componentes con el consiguiente aumento
de pérdidas y posibilidad de fallos.
La invención propuesta presenta una alternativa
que permite ante faltas de red mantener el generador conectado a la
red y controlado en todo momento con un número reducido de elementos
que permiten mejorar el rendimiento y la fiabilidad del sistema.
Dicha invención permite limitar las intensidades circulantes durante
el fallo de red con lo que se reduce el pico de par en el tren
mecánico y permite a su vez garantizar el cumplimiento de los
requisitos de conexión a red, ya que se mantiene en todo momento el
control de las corrientes activas y reactivas.
La corriente que circula por el generador
asíncrono en caso de un hueco de tensión de cierta profundidad,
puede ser reducida incrementando la impedancia de cualquiera de los
caminos por los que circule la corriente o cualquiera de sus
reflejos.
En las máquinas eléctricas involucradas en la
conversión de energía, por ejemplo generador y transformador, es
posible modificar la impedancia de cierre del neutro introduciendo
una pluralidad de elementos activos y pasivos.
Se entiende por elementos activos aquellos
interruptores tales como tiristores, IGBTs, relés, contactores ...
Asimismo, se entiende por elementos pasivos cualquier combinación de
impedancias (resistencias, inductancias y condensadores).
El sistema de control de la invención, está
referido a una instalación eólica ante faltas de red que se
caracteriza por disponer de al menos un elemento rectificador y un
conjunto de elementos activos y pasivos que se conectan para
realizar el cierre de un neutro. Dicho neutro podrá ser el neutro
del rotor del generador, el del estátor del generador o el neutro de
al menos un transformador de la instalación eólica.
Por tanto, la invención dispone de un elemento
capaz de variar de forma transitoria la impedancia del cierre del
neutro de alguno de los elementos del sistema mediante un elemento
rectificador y un conjunto de elementos activos y pasivos. En
concreto, se podría actuar sobre la conexión del rotor del
generador, del estátor del generador o sobre uno de los devanados
(primario o secundario) de cualquiera de los transformadores de la
instalación eólica, tales como los transformadores de los
aerogeneradores, los de la subestación, o cualquier otro
transformador presente en la red interna del parque eólico.
El método de control de la invención, está
referido a una instalación eólica e incluye las siguientes fases:
detección de las perturbaciones de red; generación de señales de
control a los elementos activos que modifican la impedancia del
cierre del neutro seleccionando dicho neutro entre el del rotor del
generador, el del estátor del generador y el neutro de al menos un
transformador de la instalación eólica; detección del fin de las
perturbaciones de red y generación de señales de control a los
elementos activos para volver al valor de la impedancia del neutro
anterior a su modifica-
ción.
ción.
A continuación, para facilitar una mejor
comprensión de esta memoria descriptiva y formando parte integrante
de la misma, se acompañan unas figuras en las que con carácter
ilustrativo y no limitativo se ha representado el objeto de la
invención.
Figura 1.- Muestra un esquema general de
funcionamiento de acuerdo a una realización preferida de la
invención en la que se actúa sobre el cierre del neutro del estátor
de un generador asíncrono de rotor bobinado.
Figura 2.- Muestra un esquema general de
funcionamiento de acuerdo a una realización preferida de la
invención en la que se actúa sobre el cierre del neutro del rotor de
un generador asíncrono de rotor bobinado.
Figura 3.- Muestra un esquema general de
funcionamiento de acuerdo a una realización preferida de la
invención en la que se actúa sobre el cierre del neutro del
transformador de un generador asíncrono de rotor bobinado.
Figura 4.- Muestra un esquema detallado del
bloque transformador (301) de la figura anterior (figura 3).
Seguidamente se realiza una descripción de
ejemplos de la invención, citando referencias de las figuras. En
primer lugar se describe el sistema de la invención y, más adelante,
su método de funcionamiento, el cual es común a todas las
realizaciones.
En la realización preferida se emplea un
generador asíncrono de rotor bobinado. No obstante, la invención es
aplicable a aerogeneradores con cualquier otro tipo de generador
asíncrono.
En una realización preferida de la invención
(figura 1) se actúa sobre el cierre del neutro del estátor de un
generador (105) asíncrono de rotor bobinado. En dicha figura se
muestra un generador (105) con los terminales de inicio y fin de
cada uno de los devanados del estátor accesibles. Se conecta a los
terminales de fin de cada uno de los anteriores devanados
estatóricos un puente rectificador (106). A la salida en continua
del puente rectificador (106) se conecta una impedancia (107) en
paralelo con un interruptor activo (108) (como por ejemplo un
tiristor, IGBT o similar).
En otra realización preferida (Figura 2) el
puente rectificador (201) con la impedancia (202) e interruptor
activo (203), puede actuar sobre el cierre del neutro del rotor del
generador (105).
Asimismo, en otra realización preferida
(Figura
3 - Figura 4) el puente rectificador (401) con la impedancia (402) e interruptor activo (403), puede estar conectado en cualquiera de los devanados (primario o secundario) de cualquiera de los transformadores (301) de la instalación eólica.
3 - Figura 4) el puente rectificador (401) con la impedancia (402) e interruptor activo (403), puede estar conectado en cualquiera de los devanados (primario o secundario) de cualquiera de los transformadores (301) de la instalación eólica.
En funcionamiento normal, en cada realización
preferente, la impedancia del cierre del neutro se reduce
cortocircuitando las impedancias (107, 202, 402) mediante la
activación del interruptor activo (108, 203, 403) para minimizar las
pérdidas. La situación sería entonces la misma que si la máquina
eléctrica correspondiente estuviera conectada en estrella.
En caso de detectarse un hueco de tensión, el
control actuará abriendo el interruptor activo (108, 203, 402),
obligando a la corriente que proviene del generador (105) a pasar,
tras ser rectificada a continua, por la impedancia (107, 202, 402)
que está en paralelo con el interruptor activo (108, 203, 403). De
este modo se logra reducir la corriente y mantener el generador
conectado a la red, manteniendo el sistema controlado en todo
momento. En este caso, los parámetros de control del sistema podrán
ser variados para ajustarse a las nuevas condiciones de
funciona-
miento.
miento.
Al detectarse el fin de las perturbaciones de
red se cerrará el interruptor activo (108, 203, 403),
cortocircuitando las impedancias (107, 202, 402).
Claims (5)
1. Sistema de control de una instalación eólica
ante faltas de red caracterizado porque comprende al menos un
elemento rectificador y un conjunto de elementos activos y pasivos
que se conectan para realizar el cierre de un neutro, seleccionando
dicho neutro entre el del rotor del generador, el del estátor del
generador y el neutro de al menos un transformador de la instalación
eólica.
2. Sistema de control de una instalación eólica
ante faltas de red según reivindicación 1, aplicable en generadores
cuyo estátor se conecta a la red eléctrica caracterizado
porque los terminales de los devanados del estátor del generador,
están conectados al menos a un elemento rectificador y a un conjunto
de elementos activos y pasivos para realizar el cierre del neutro
del estátor.
3. Sistema de control de una instalación eólica
ante faltas de red según reivindicación 1, aplicable en generadores
de tipo asíncrono con rotor bobinado, cuyo estátor se conecta a la
red eléctrica caracterizado porque los terminales de los
devanados del rotor del generador, están conectados al menos a un
elemento rectificador y a un conjunto de elementos activos y pasivos
para realizar el cierre del neutro del rotor.
4. Sistema de control de una instalación eólica
ante faltas de red según reivindicación 1, caracterizado
porque los terminales de cualquiera de los devanados (primario o
secundario) de alguno de los transformadores de la instalación
eólica, están conectados al menos a un elemento rectificador y a un
conjunto de elementos activos y pasivos para realizar el cierre de
su neutro.
5. Método de control de una instalación eólica
ante faltas de red que permite operar cualquiera de los sistemas de
las reivindicaciones anteriores que comprende las siguientes
fases:
- -
- detección de las perturbaciones de red,
- -
- generación de señales de control a los elementos activos que modifican la impedancia del cierre del neutro seleccionando dicho neutro entre el del rotor del generador, el del estátor del generador y el neutro de al menos un transformador de la instalación eólica,
- -
- detección del fin de las perturbaciones de red,
- -
- generación de señales de control a los elementos activos para volver al valor de la impedancia del neutro anterior a su modificación.
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