ES2379708T3 - Sistema de pruebas de turbina eólica. - Google Patents
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Abstract
Sistema de pruebas de una turbina eólica para probar eléctricamente al menos parte de los componentes (6, 7, 8, 9, 22) de la góndola de un sistema de turbina eólica (74), incluyendo un sistema de generador eléctrico (8, 48, 78), estando montados dichos componentes de la góndola (6, 7, 8, 9, 22) en una estructura de transporte de cargas (10) de una góndola (3, 72) de dicho sistema de turbina eólica (74), comprendiendo dicho sistema de pruebas de una turbina eólica un banco de pruebas (12, 42) que está dispuesto para sostener dicha estructura de transporte de cargas (10) de dicha góndola (3, 72) de la turbina eólica que incluye dichos componentes (6, 7, 8, 9, 22) de la góndola, un sistema de simulación de red (59, 92) que comprende un sistema de convertidor de potencia (50) y un controlador de la simulación (51) que está dispuesto para estar acoplado eléctricamente con al menos uno de dichos componentes (6, 7, 8, 9, 22) de la góndola y que está adaptado para proporcionar una red de distribución simulada (54) basada en una fuente de alimentación (500) y al menos una señal de control establecida por dicho controlador de la simulación (51) y un sistema de simulación de viento (45, 69) que comprende un medio de giro del árbol (61) de la turbina eólica dispuesto para estar acoplado con una pieza giratoria de dicho sistema de generador (8, 48, 78) o un sistema relativo al generador de una góndola (3, 72) de la turbina eólica o una parte de una góndola (3, 72) de la turbina eólica situada en dicho banco de pruebas (12, 42).
Description
Sistema de pruebas de turbina eólica.
La invención se refiere a un sistema de pruebas
de una turbina eólica para probar al menos una parte de los
componentes de la góndola de un sistema de turbina eólica.
\vskip1.000000\baselineskip
Un desafío general en relación con turbinas
eólicas ocurre cuando las turbinas eólicas están acopladas a redes
de distribución débiles. Bajo ciertas circunstancias, un
acoplamiento a una red débil puede dar como resultado la
transferencia de, por ejemplo, transitorios, ruido o caídas o picos
de voltaje entre la red de distribución y una turbina eólica
acoplada a la red.
Por lo tanto es esencial probar las piezas
individuales de un sistema de turbina eólica para determinar la
capacidad para cumplir con los diferentes estados de la red antes de
que el sistema de turbina eólica sea despachado de la fábrica (a
menudo hacia partes muy distantes del mundo).
Sin embargo, no es suficiente asegurar que las
piezas eléctricas del sistema de turbina eólica, tales como el
generador y el convertidor de frecuencia de alimentación, sean
capaces de gestionar estados de red simulados que correspondan a lo
que podría esperarse durante el funcionamiento de la turbina eólica
cuando se prueban como unidades individuales. Esto es debido al
hecho de que la velocidad variable de giro del eje del tren de
accionamiento y las interacciones mecánicas y eléctricas entre las
distintas piezas de la góndola de la turbina eólica tienen una
influencia importante en el rendimiento del sistema de turbina
eólica.
Un sistema de pruebas de una turbina eólica para
probar al menos una parte de los componentes de la góndola de un
sistema de turbina eólica, sistema que incluye un banco de pruebas,
un sistema de simulación de red y un sistema de simulación de
viento, se divulga en el documento de Hui et al.:
"Development of a Unified Design, Test and Research Platform for
Wind Energy System Based on
Hardware-in-the -Loop
Real-Time Simulation", IEEE Transaction on
Industrial Electronics, Vol. 53, nº 4, agosto de 2006
(2006-08), páginas 1144-1151.
Uno de los varios objetos de la invención es
establecer un sistema que sea capaz de simular físicamente un
acoplamiento entre un sistema de turbina eólica y una red, o piezas
de un sistema de turbina eólica y una red.
\vskip1.000000\baselineskip
La presente invención se refiere a un sistema de
pruebas de una turbina eólica para probar al menos una parte de los
componentes de la góndola de una turbina eólica, incluyendo un
sistema de generador eléctrico, estando montados dichos componentes
de la góndola en una estructura de transporte de cargas de una
góndola de dicho sistema de turbina eólica, comprendiendo dicho
sistema de turbina eólica:
un banco de pruebas que está dispuesto para
sostener dicha estructura de transporte de cargas de dicha góndola
de la turbina eólica que incluye dichos componentes de la
góndola,
un sistema de simulación de red que
comprende
un sistema de convertidor de potencia y
un controlador de simulación que está dispuesto
para acoplarse eléctricamente con al menos uno de dichos componentes
de la góndola y que está adaptado para proporcionar
una red de distribución simulada en base a
una fuente de alimentación y
al menos una señal de control establecida por
dicho controlador de simulación, y
un sistema de simulación de viento que
comprende
un medio de giro del árbol de la turbina eólica
dispuestos para estar acoplado con una pieza giratoria de dicho
sistema de generador o sistema relativo al generador de una góndola
de la turbina eólica o una parte de una góndola de la turbina eólica
situada en dicho banco de pruebas.
\vskip1.000000\baselineskip
Una característica ventajosa de la invención es
que las características de un sistema de turbina eólica, o al menos
parte de las mismas, se pueden probar en un entorno simulado
físicamente de modo amplio, en el sentido de que las entradas de
viento resultantes y las entradas de red resultantes se pueden
evaluar en combinación, proporcionando así una oportunidad única de
incorporar realimentación a y desde la red en una situación realista
o una determinada situación deseada de pruebas.
El sistema de pruebas de una turbina eólica de
acuerdo con las estipulaciones de la invención es ventajoso en
particular para sistemas de turbina eólica, tales como góndolas,
generadores, convertidores de frecuencia de alimentación,
controladores de paso, etc., ya que tales sistemas deben estar
optimizados a los efectos de evitar el desacoplamiento de la red
debido a desviaciones respecto a las salidas ideales del sistema de
turbina eólica o de la red, de modo que tal desacoplamiento puede
evitarse de hecho o realizarse al menos por medio de un
desacoplamiento suave.
Aunque el sistema de turbina eólica puede
comprender una góndola completa de la turbina eólica o sólo partes
de la misma, un generador debe estar comprendido en el sistema que
se va a probar con el fin de probar la interacción entre el sistema
de turbina eólica y una red simulada.
El uso de un banco de pruebas es ventajoso en el
sentido de que la configuración de la prueba puede estandarizarse y
proporcionar resultados reproducibles.
El controlador de simulación del sistema de
simulación de red puede ser una unidad individual o formar parte de
una red distribuida de controladores de simulación. En un modo de
realización adicional, el sistema de convertidor de potencia del
sistema de pruebas de una turbina eólica puede estar formado por un
inversor de potencia de una turbina eólica que se va a probar. En
otras palabras, el inversor de potencia puede formar parte de la
configuración externa de la prueba, o de forma alternativa,
establecerse por el propio inversor de potencia de las turbinas
eólicas, si existe. De acuerdo con un modo de realización adicional,
el sistema de convertidor de potencia del sistema de simulación de
red puede establecerse de modo bastante rudimentario por medio de
una(s) resistencia(s) sencilla(s)
combinada(s) con un interruptor de encendido/apagado
controlado por el controlador de simulación, por ejemplo, un
interruptor manual.
El propósito del sistema de simulación de viento
es establecer el movimiento resultante de las piezas móviles del
sistema de turbina eólica como si el sistema estuviera activado por
el viento. El sistema de simulación de viento puede estar referido a
cualquier parámetro relevante para la simulación de viento, tal como
la velocidad del viento, temperatura, turbulencia, par resultante
del sistema de giro, etc.
Esta simulación de viento puede ser más o menos
sofisticada, pero típicamente es importante que la simulación de
viento resultante se relacione al menos en algo con estados
reales.
El medio de giro del árbol del sistema de
simulación de viento puede estar adaptado, por ejemplo, al par o a
la velocidad para proporcionar estados de viento resultante típicos
como entradas a la góndola por medio del sistema de giro.
El medio de giro del árbol puede estar acoplado
típicamente de modo mecánico a una parte giratoria del sistema de
generador o del sistema relativo al generador, tal como un cubo o
caja de engranajes, con el fin de hacer girar una pieza relativa al
generador como si el sistema de turbina eólica estuviera activado
por ciertos estados de viento.
Como ejemplos de implementación de diferentes
estados simulados de red, se remite amablemente al experto en la
técnica a la descripción detallada de la presente invención,
concretamente a la discusión de las figuras 7-12.
Otros ejemplos de simulaciones de red y estados de viento se
divulgan en el documento "Development of a unified design, test,
and research platform for wind energy systems based on
hardware-in-the-loop
real time simulation", M. Steurer et al., Power
Electronics Specialists Conference, 2004, PESC 04, 2004 IEEE 35th
annual, Aquisgrán, Alemania.
En un modo preferido de realización de la
presente invención, dicho banco de pruebas está dispuesto para
sostener una góndola completa de dicho sistema de turbina
eólica.
Cuando se utiliza para probar el sistema antes
de su envío, es ventajoso poder probar una góndola completamente
ensamblada. Por lo tanto, se proporciona preferiblemente un banco de
pruebas para una góndola a tamaño real, para comprobar y simular
situaciones mecánicas, de viento, y/o de red, etc, variables. En
este caso, bien una góndola completa o una o más piezas de la misma
montadas en la estructura de transporte de cargas, tal como un
generador, pueden estar sostenidas o fijadas mecánicamente lo
suficiente con el fin de permitir la transferencia de energía
mecánica del sistema de simulación de viento a una pieza giratoria o
pieza móvil de las piezas que se van a probar.
Todavía en otro modo preferido de realización de
la invención, dicho medio de giro del árbol comprende medios para
estar conectados mecánicamente a un árbol de baja velocidad de un
sistema de turbina eólica.
Con el fin de poder simular diferentes estados
de viento en el caso en el que se incluya una caja de engranajes en
las piezas que se van a probar, es ventajoso comprender medios para
su conexión a un árbol de baja velocidad, que está conectado a la
entrada de la caja de engranajes.
\newpage
En otro modo preferido de realización de la
invención, dicho medio de giro del árbol comprende medios para su
conexión mecánica a un árbol de alta velocidad de un sistema de
turbina eólica.
Con el fin de poder simular diferentes estados
de viento en el caso en el que no se incluya una caja de engranajes
en las piezas que se van a probar, es ventajoso comprender medios
para su conexión a un árbol de alta velocidad, que está conectado
directamente al rotor del generador.
En un modo de realización de la invención, dicha
red de distribución simulada comprende medios para su acoplamiento
eléctrico a un transformador de salida de un generador de dichos
componentes de la góndola.
En algunos sistemas de turbina eólica, el
interfaz eléctrico entre el generador y la red de distribución
(simulada) comprende un transformador sencillo en lugar de, o en
combinación con, un convertidor de frecuencia de alimentación. Tal
transformador de salida del generador se proporciona para elevar la
salida del generador, típicamente inferior a 1 kV, tal como 690 V, a
un voltaje superior compatible con un convertidor o red acoplado
subsiguientemente, tal como 3 kV o 30 kV. Por lo tanto, la red de
distribución simulada de la presente invención comprende
preferiblemente medios de interfaz con tal transformador de salida
del generador.
En un modo preferido de realización de la
invención, dicha red de distribución simulada comprende medios para
su acoplamiento eléctrico con un convertidor de frecuencia de
alimentación de dichos componentes de la góndola.
Algunos tipos de generadores, tales como los
generadores de inducción doblemente alimentados (DFIG) y los
generadores de multipolo síncronos, necesitan incluir algún tipo de
conversión de frecuencia en el acoplamiento eléctrico a una red de
distribución. Típicamente, esta conversión de frecuencia se realiza
por medio de un convertidor de frecuencia de alimentación. Por lo
tanto, la red de distribución simulada de la presente invención
comprende preferiblemente medios de interfaz con tal convertidor de
frecuencia de alimentación. Debe enfatizarse que la invención se
refiere asimismo a tipos de generadores, tales como generadores de
multipolo síncronos, en los que toda la potencia se transfiere entre
el generador y la red de distribución mediante el convertidor de
frecuencia de alimentación, así como a tipos de generadores, tales
como DFIG, en los que algo de la potencia se transfiere mediante el
convertidor de frecuencia de alimentación y algo se transfiere
directamente entre el estator del generador y la red de
distribución.
distribución.
En un modo preferido de realización de la
invención, dicho sistema de convertidor de potencia está dispuesto
para simular diferentes estados de red como respuesta a señales de
control de dicho controlador de simulación.
Las señales de control del controlador de
simulación pueden abordar cualesquiera estados interesantes y
relevantes de la red, tales como fallos, extremos, cambios súbitos o
lentos en las frecuencias, transitorios, etc., permitiendo así una
comprobación robusta y un modo ventajoso de optimizar el rendimiento
de los sistemas de turbina en su ubicación. Tales pruebas pueden dar
como resultado asimismo una mejora importante con respecto a la
relación coste-eficiencia, ya que diferentes partes
del sistema de turbina eólica se pueden probar "en
vivo".
Las señales de control del controlador de
simulación pueden diseñarse para cualquier propósito de simulación
deseado, y las señales pueden referirse, por ejemplo, a situaciones
de red específicas que se saben relevantes para componentes
específicos del sistema, permitiendo así pruebas relevantes y la
optimización de componentes dedicados, o el controlador puede
establecer, por ejemplo, simulaciones de red a los efectos de
verificar que el sistema de turbina eólica completo funciona como se
espera, por ejemplo, de acuerdo con códigos de red específicos.
En un modo preferido de realización de la
invención adicional, dichos estados de red comprenden estados de
fallo, estados de red débil y/o estados de red asimétrica.
Como red débil se puede entender la parte de la
red que, bajo determinados estados, puede estar influida por
sistemas acoplados, tales como turbinas eólicas.
Así pues, el término red débil se puede utilizar
típicamente con relación a una red en la que es necesario tomar en
cuenta el nivel de voltaje y fluctuaciones, ya que existe cierto
riesgo de que los valores puedan superar los requerimientos en
estándares. Las redes débiles pueden estar relacionadas con, por
ejemplo, localizaciones más alejadas o periféricas en las que la red
está diseñada para pequeñas cargas. En conexión con un sistema de
turbina eólica, una red débil puede ser típicamente un sistema en el
que la cantidad de energía eólica que se puede absorber está
limitada por la capacidad de la red y, además, en la que la red
puede transferir, bajo diferentes estados, ruido o cambios de nivel
indeseados de un punto de conexión al sistema de turbina eólica
acoplada a la red.
Todavía en otro modo preferido de realización de
la invención, dichos estados de red comprenden variaciones de
voltaje tales como caídas de voltaje, disminuciones de voltaje o
aumentos de voltaje, cortocircuitos tales como cortocircuitos entre
tierra y fases o cortocircuitos entre dos o más fases, variaciones
del cos((\varphi) tales como aumentos o disminuciones de la
potencia reactiva a y desde la red, variaciones de frecuencia de las
fases, variaciones de corriente tales como disminuciones o aumentos,
variaciones de forma de la curva de todas o algunas fases, o de
fases individuales, y cualquier combinación de los mismos.
\newpage
Preferiblemente, el sistema de simulación de red
es capaz de simular sustancialmente todos los diferentes estados de
red, incluyendo fallos y extremos, que el sistema de turbina eólica
pueda experimentar durante su funcionamiento, de modo que el
rendimiento del sistema de turbina eólica bajo tales estados se
pueda comprobar en profundidad antes de despachar el sistema de
turbina eólica a su ubicación de funcionamiento.
En un modo preferido de realización de la
invención, dichos estados de red implican estados de red que varían
en el tiempo.
Preferiblemente, el intervalo de estados de red
anteriormente mencionado incluye asimismo estados de red que varían
en el tiempo. Se pueden combinar estados variables en el tiempo o
formas de curva específicas con cualquiera de los estados de red
anteriormente mencionados.
En un modo de realización de la invención, dicha
fuente de alimentación está proporcionada mediante una red de
distribución.
Utilizar una red de distribución es una manera
de suministrar la potencia necesaria al sistema de pruebas de una
turbina eólica o a una parte del mismo. Evidentemente, cualquier
fuente de administración adecuada puede aplicarse dentro del alcance
de la invención, en tanto en cuanto las simulaciones resultantes
correspondan a las simulaciones pretendidas de red y viento.
En un modo de realización de la invención, dicho
sistema de convertidor de potencia comprende un convertidor basado
en un interruptor de semiconductor.
Un modo de implementación preferido de un
convertidor de potencia comprende un número adecuado de
interruptores de semiconductor. Los semiconductores pueden estar
controlados o configurados físicamente de acuerdo con técnicas de
convertidor convencionales.
En un modo de realización de la invención, dicho
convertidor basado en semiconductores es un convertidor basado en un
tiristor.
Los semiconductores pueden comprender, por
ejemplo, transistores o tiristores tales como BPT (transistor
bipolar), IGBT (transistor bipolar de puerta aislada), MCT (tiristor
controlado por semiconductor de metal-óxido), IGCT (tiristor
controlado por puerta aislada) o tiristor GTO (apagado de puerta).
Un semiconductor preferido actualmente es un tiristor GTO.
Evidentemente, el sistema de simulación de red
puede estar basado en cualquier componente de conmutación que sea
capaz de establecer los estados de red deseados.
En un modo de realización de la invención, dicho
sistema de simulación de red comprende además un transformador de
entrada de red acoplado entre dicha fuente de alimentación y dicho
sistema de convertidor de potencia.
Ventajosamente, se proporciona un transformador
para establecer la compatibilidad entre la fuente de alimentación,
que puede ser, por ejemplo, una red de distribución de 30 kV, y el
convertidor de potencia del sistema de simulación de red que
funciona, por ejemplo, a 3 kV.
En un modo de realización de la invención, dicho
sistema de simulación de red comprende además un transformador de
salida de red acoplado entre dicho sistema de convertidor de
potencia y dicha red de distribución simulada.
En un modo de realización en el que el sistema
de simulación de red proporciona una red de distribución simulada
de, por ejemplo, 30 kV, la salida del convertidor de potencia tiene
que estar elevada del nivel típico de funcionamiento de los
convertidores de potencia alrededor de 2 ó 3 kV.
En un modo de realización de la invención, dicho
sistema de pruebas de una turbina eólica comprende además un sistema
de simulación de tensiones de la góndola, un sistema de simulación
de la temperatura del sistema de turbina eólica, y/o un sistema de
simulación de humedad del sistema de turbina eólica.
Ventajosamente, se pueden establecer otros
estados físicos diferentes con el fin de proporcionar una simulación
física incluso más amplia y aún más realista.
En otro aspecto de la invención, ésta se refiere
al uso de un sistema de pruebas de una turbina eólica como se
describió anteriormente para establecer y evaluar una realimentación
de al menos una parte del sistema de turbina eólica bajo estados de
viento simulados físicamente en una red.
Establecer y evaluar la realimentación del
sistema de turbina eólica permite que el personal experto realice
las pruebas para estimar si el sistema de turbina eólica cumple con
un conjunto dado de requerimientos especificados bajo diferentes
estados de viento.
\newpage
En un modo preferido de realización de la
invención, un sistema de pruebas de una turbina eólica como se
describió anteriormente se utiliza para establecer y evaluar una
realimentación de al menos una parte de un sistema de turbina eólica
dado bajo estados de viento simulados físicamente en una red antes
de despachar dicho sistema de turbina eólica de la fábrica, en el
que dichos estados de viento simulados corresponden a estados de
viento que se sabe que están presentes en la ubicación de
funcionamiento específica de dicho sistema de turbina eólica
dado.
Con el fin de mejorar las simulaciones, los
estados de viento simulados por el sistema de simulación de viento
pueden estar correlacionados con estados que se sabe que están
presentes en ubicaciones específicas con relación, por ejemplo, a
cambios súbitos de la velocidad del viento, rachas de viento,
direcciones fluctuantes del viento, turbulencias, efectos de estela,
etc. Concretamente, los estados simulados de viento pueden estar
correlacionados con la ubicación de funcionamiento del sistema de
turbina eólica específico que se va a probar si tal ubicación es
conocida en el momento de las pruebas.
Todavía en un modo preferido de realización de
la invención, un sistema de pruebas de una turbina eólica como el
descrito anteriormente se utiliza para establecer y evaluar una
realimentación de al menos una parte de un sistema de turbina eólica
dado bajo estados climáticos simulados físicamente en una red antes
de despachar dicho sistema de turbina eólica de la fábrica, en el
que dichos estados climáticos simulados incluyen estados del viento,
estados de temperatura y/o estados de humedad que corresponden a
estados climáticos que se sabe que están presentes en la ubicación
específica de funcionamiento de dicho sistema de turbina eólica
dado.
Las simulaciones se pueden mejorar aún más, si
se correlacionan no sólo los estados de viento simulados, sino
asimismo otros estados climáticos simulados con estados que se sabe
que están presentes en las ubicaciones específicas con relación, por
ejemplo, a temperatura y humedad, etc. Concretamente, los estados
climáticos simulados pueden estar correlacionados con la ubicación
de funcionamiento del sistema de turbina eólica específico que se va
a probar si tal ubicación es conocida en el momento de la
prueba.
En un modo de realización ventajoso de la
invención, un sistema de pruebas de una turbina eólica como el
descrito anteriormente se utiliza para establecer y evaluar una
realimentación de al menos una parte de un sistema de turbina eólica
dado bajo diferentes estados de red.
Establecer y evaluar una realimentación del
sistema de turbina eólica permite que el personal experto realice la
prueba para estimar si el sistema de turbina eólica cumple con un
conjunto dado de requerimientos específicos bajo diferentes estados
de red.
En un modo de realización ventajoso adicional de
la invención, un sistema de pruebas de una turbina eólica como el
descrito anteriormente se utiliza para establecer y evaluar el
cumplimiento por al menos una parte de un sistema de turbina eólica
dado de un conjunto de códigos de red antes de despachar dicho
sistema de turbina eólica de la fábrica, en el que dichos códigos de
red corresponden a códigos de red que se aplican en la ubicación
específica de funcionamiento de dicho sistema de turbina eólica
dado.
Dependiendo de la ubicación de funcionamiento de
un sistema de turbina eólica dado, se requiere normalmente cumplir
con un conjunto de códigos de red que representan un número de
requerimientos en relación a la respuesta y reacción a ciertos
estados de red especificados de un sistema de turbina eólica
acoplado a una red de distribución.
Un sistema de turbina eólica se puede analizar,
probar o verificar de acuerdo con distintos códigos de red en una
situación simulada "en vivo", preferiblemente con
relación tanto a estados de viento como de red. El controlador de
simulación puede simular cualquier código de red relevante en un
entorno relevante a un análisis específico. De este modo, un sistema
de turbina eólica o una parte de un sistema de turbina eólica se
puede probar con el fin de verificar que la turbina eólica reacciona
de acuerdo con códigos de red específicos. Concretamente, el
cumplimiento por el sistema de turbina eólica de un conjunto de
códigos de red que se aplican en la ubicación específica de
funcionamiento del sistema de turbina eólica se puede probar si tal
ubicación es conocida en el momento de la prueba.
Todavía en un modo de realización ventajoso
adicional de la invención, un sistema de pruebas de una turbina
eólica como el descrito anteriormente se utiliza para establecer y
evaluar el cumplimiento por al menos una parte de un sistema de
turbina eólica dado de un conjunto de códigos de red que comprenden
requerimientos de la respuesta de un sistema de turbina eólica a
diferentes estados de red, incluyendo variaciones de voltaje tales
como caídas de voltaje, disminuciones de voltaje o aumentos de
voltaje, cortocircuitos tales como cortocircuitos entre tierra y
fases o cortocircuitos entre dos o más fases, variaciones del
cos(\varphi) tales como aumentos o disminuciones de la
potencia reactiva a y/o desde la red, variaciones de frecuencia de
las fases, variaciones de corriente tales como disminuciones o
aumentos, variaciones de forma de la curva de todas o algunas fases,
o de fases individuales y cualquier combinación de las mismas.
Preferiblemente, el conjunto de códigos de red
con relación a los cuales se comprueba el cumplimiento de un sistema
de turbina eólica debe incluir sustancialmente todos los distintos
códigos de red que el sistema de turbina eólica puede encontrar
durante su funcionamiento, abarcando dichos códigos de red estados
de red incluyendo fallos y extremos, de tal modo que el cumplimiento
por el sistema de turbina eólica de todos los códigos de red
relevantes se pueda probar en profundidad antes de despachar el
sistema de turbina eólica a su ubicación de funcionamiento.
\global\parskip0.930000\baselineskip
Todavía en un aspecto adicional de la invención,
ésta se refiere a un procedimiento para probar al menos una parte de
los componentes de una góndola de un sistema de turbina eólica una
vez montados en una estructura de transporte de cargas de una
góndola de dicho sistema de turbina eólica por medio de un sistema
de pruebas de una turbina eólica que comprende las etapas de:
montar dichos componentes de la góndola en una
estructura de transporte de cargas de una góndola de la turbina
eólica;
situar dicha estructura de transporte de cargas
en un banco de pruebas de dicho sistema de pruebas de una turbina
eólica,
acoplar un medio de giro del árbol de un sistema
de simulación de viento de dicho sistema de pruebas de una turbina
eólica a una pieza giratoria de un sistema de generador o de un
sistema relativo al generador de dicha góndola de la turbina
eólica,
acoplar eléctricamente una red de distribución
simulada de un sistema de simulación de red de dicho sistema de
pruebas de una turbina eólica a un componente eléctrico de la
góndola,
hacer girar dicha pieza giratoria de un sistema
de generador por medio de dicho sistema de simulación de viento que
simula diferentes estados de viento,
exponer dicho componente de la góndola a
diferentes estados de red simulada por medio de dicho sistema de
simulación de red, y
establecer y evaluar una realimentación de
dichos componentes de la góndola bajo diferentes estados de viento y
de red simulados simultáneamente.
\vskip1.000000\baselineskip
Realizar las etapas del procedimiento
anteriormente mencionado permite al personal experto realizar las
pruebas para estimar de un modo fiable y reproducible si el sistema
de turbina eólica cumple con un conjunto dado de requerimientos
especificados bajo diferentes estados de viento y red.
En un modo preferido de realización de la
invención, ésta se refiere a un procedimiento de pruebas de al menos
una parte de los componentes de la góndola de un sistema de turbina
eólica una vez montados en una estructura de transporte de cargas de
una góndola de dicho sistema de turbina eólica por medio de un
sistema de pruebas de la turbina eólica, que comprende las etapas
de:
montar dichos componentes de la góndola en una
góndola de la turbina eólica;
situar dicha góndola de la turbina eólica en un
banco de pruebas de dicho sistema de pruebas de una turbina
eólica,
acoplar un medio de giro del árbol de un sistema
de simulación de viento de dicho sistema de pruebas de una turbina
eólica a una pieza giratoria de un sistema de generador o de un
sistema relativo al generador de dicha góndola de la turbina
eólica,
acoplar eléctricamente una red de distribución
simulada de un sistema de simulación de red de dicho sistema de
pruebas de una turbina eólica a un componente eléctrico de la
góndola,
hacer girar dicha pieza giratoria de un sistema
de generador por medio de dicho sistema de simulación de viento que
simula diferentes estados de viento,
exponer dicho componente de la góndola a
diferentes estados de red simulada por medio de dicho sistema de
simulación de red, y
establecer y evaluar una realimentación de
dichos componentes de la góndola bajo diferentes estados de viento y
de red simulados simultáneamente.
\vskip1.000000\baselineskip
Ventajosamente, una góndola completamente
ensamblada puede estar situada en el banco de pruebas y todos los
componentes de la góndola se pueden probar simultáneamente siguiendo
las etapas del procedimiento anteriormente mencionado.
Todavía en un modo preferido de realización de
la invención, ésta se refiere a un procedimiento de pruebas como se
describió anteriormente, en el que dicho sistema de pruebas de una
turbina eólica comprende un sistema de pruebas de una turbina eólica
de acuerdo con la presente invención.
Es ventajoso utilizar un sistema de pruebas de
una turbina eólica como el descrito anteriormente para la prueba
como se describió en el procedimiento anteriormente mencionado, ya
que el sistema de pruebas de una turbina eólica está diseñado
exactamente para ese propósito.
\global\parskip1.000000\baselineskip
En un modo preferido de realización de la
invención adicional, ésta se refiere a un procedimiento de pruebas
como el descrito anteriormente, en el que dichos estados de red
simulados incluyen estados de fallo de una red de distribución.
Con el fin de hacer que la prueba realizada de
acuerdo con el procedimiento anteriormente mencionado sea lo más
completa posible, deben incluirse sustancialmente todos los estados
de red que un sistema de turbina eólica podría esperar encontrar
durante su funcionamiento.
\vskip1.000000\baselineskip
Algunos modos de realización de la invención se
describirán a continuación con referencia las figuras, en las
cuales:
la fig. 1 ilustra una turbina eólica moderna
grande conocida en la técnica, vista desde el frente,
la fig. 2 ilustra una sección transversal de un
modo de realización de una góndola simplificada, conocida en la
técnica, vista desde el lado,
la fig. 3 ilustra un banco de pruebas para una
góndola, de acuerdo con un modo de realización de la invención,
la fig. 4 ilustra un banco de pruebas para un
generador, de acuerdo con un modo de realización de la
invención,
la fig. 5 ilustra una configuración de pruebas
de un sistema de simulación de red, representada
esquemáticamente,
la fig. 6 ilustra una salida principal de un
convertidor de potencia aplicado, de acuerdo con un modo de
realización de la invención,
la fig. 7 ilustra una simulación de red de una
caída de voltaje de hasta un 60% del voltaje nominal en todas las
fases,
la fig. 8 ilustra una simulación de red de un
cortocircuito de tres fases y una caída de voltaje de,
aproximadamente, el 35% del voltaje nominal,
la fig. 9 ilustra una simulación de red de un
fallo de dos fases con un nivel de voltaje del 100%, 0º/50%,
180º/50%, 180º, y
la fig. 10 ilustra una simulación de red de una
caída de voltaje de, aproximadamente, hasta el 20% del voltaje
nominal.
\vskip1.000000\baselineskip
La fig. 1 ilustra una turbina eólica moderna que
comprende una torre 2 situada sobre unos cimientos y una góndola 3
de la turbina eólica, situada en la parte superior de la torre 2. El
rotor 4 de la turbina eólica, que comprende tres aspas 5 de la
turbina eólica, está conectado a la góndola 3 a través del árbol de
baja velocidad que se extiende hacia fuera de la parte frontal de la
góndola 3.
La fig. 2 ilustra una sección transversal
simplificada de una góndola 3, vista desde el lado. Las góndolas 3
existen en una multitud de variantes y configuraciones, aunque en la
mayoría de los casos el tren de accionamiento 14 de la góndola 3
comprende uno o más de los siguientes componentes: un engranaje 6,
un acoplamiento (no mostrado), algún tipo de sistema de frenado 7 y
un generador 8. Una góndola de una turbina eólica moderna 1 puede
incluir asimismo un convertidor de frecuencia de alimentación 9
(denominado asimismo inversor) y equipo periférico adicional tal
como equipo adicional de gestión de potencia, armarios de control,
sistemas hidráulicos, sistemas de refrigeración y más.
El peso de la totalidad de la góndola,
incluyendo los componentes de la góndola 6, 7, 8, 9, es transportado
por una estructura de transporte de cargas 10. Los componentes 6, 7,
8, 9 se sitúan habitualmente sobre esta estructura de transporte de
cargas 10 común, y/o se conectan a la misma. En este modo de
realización simplificado, la estructura de transporte de cargas 10
solo se extiende a lo largo de la parte inferior de la góndola 3,
por ejemplo, en forma de una estructura de reposo sobre la cual se
conectan algunos o todos los componentes 6, 7, 8, 9. En otro modo de
realización, la estructura de transporte de cargas 10 podría
comprender una campana de engranajes 11 que transfiera la carga del
rotor 4 a la torre 2, o la estructura de transporte de cargas 10
podría comprender varias partes interconectadas tales como un
entramado.
En este modo de realización de la invención, el
tren de accionamiento 14 está establecido en un ángulo normal de
funcionamiento NA de 8º con relación a un plano perpendicular al eje
central a través de la torre 2.
\newpage
La fig. 3 ilustra una sección transversal
parcial de un banco de pruebas 12 que forma parte de un sistema de
pruebas de una turbina eólica, que prueba una góndola 3 de una
turbina eólica, visto desde el lado. Evidentemente, el banco de
pruebas 12 ilustrado constituye solo una de las varias
configuraciones diferentes posibles de tal configuración de pruebas
dentro del alcance de la invención.
En este modo de realización de la invención, el
banco de pruebas 12 comprende medios de accionamiento 13 en forma de
un motor eléctrico 15 y un engranaje 16 entre los cuales se sitúan
un sistema de frenado 17 y un acoplamiento flexible 18.
El árbol de salida del engranaje 16 del banco de
pruebas está conectado con un acoplamiento flexible 18 del banco de
pruebas 12, que está conectado a medios de aplicación de carga del
banco de pruebas 12 en forma de medios de carga radial 20, que se
describirán en mayor profundidad a lo largo de la descripción de la
figura 4.
Los medios de carga radial 20 que comprenden un
adaptador del árbol 24 están conectados a un árbol de entrada 21 de
una góndola 3, que en este caso es el árbol de entrada 21 de un
engranaje 6 de una turbina eólica, que a través de un sistema de
frenado 7 y de un acoplamiento (no mostrado) está conectado a un
generador 8 dentro de la góndola 3. En este modo de realización, la
góndola 3 comprende además un convertidor de frecuencia de
alimentación 9. El convertidor de frecuencia de alimentación
comprende un interfaz eléctrico 91 a un sistema de simulación de red
92. Básicamente, la góndola 3 de la turbina eólica puede estar
intercomunicada con una red mediante cualquier sistema de
transferencia de potencia adecuado que comprenda los componentes
relevantes para la aplicación específica. Tales componentes pueden
comprender, por ejemplo, una combinación de uno o más
transformadores), convertidores) de frecuencia, rectificadores,
amortiguadores de potencia, cables de potencia, etc.
En este modo de realización, el equipo de la
turbina eólica (en forma de los componentes 6, 7, 8 del tren de
accionamiento, conectados entre sí mediante el árbol de salida de
alta velocidad 27 de la caja de engranajes 6 en la góndola) está
situado en un ángulo A de 6o en relación a un plano horizontal, en
el que el reborde de conexión de la torre 23 de la góndola 3 está
conectado rígidamente a un reborde de conexión sustancialmente
horizontal del banco de pruebas 12. Como la góndola 3 en la vida
real estaría conectada a un reborde de conexión sustancialmente
horizontal en la parte superior de una torre 2 de una turbina
eólica, este ángulo A corresponde al ángulo NA de estos componentes
específicos del tren de accionamiento cuando se sitúan en una
turbina eólica 1 de funcionamiento ordinario.
En otro modo de realización de la invención, el
reborde de conexión del banco de pruebas 12 podría estar en un
ángulo con relación a un plano horizontal, o todo el banco de
pruebas 12 podría estar en un ángulo o comprender medios para
controlar el ángulo del banco de pruebas 12 y/o del equipo 22 bajo
prueba.
En otro modo de realización de la invención, el
reborde de conexión del banco de pruebas 12 podría comprender
asimismo unos medios 19 para proporcionar carga al equipo con el fin
de aumentar la eficiencia y/o el realismo de la prueba. Tales medios
de aplicación de carga 19 podría aplicar, por ejemplo, cargas a un
mecanismo de orientación (no mostrado) de una turbina eólica 1, la
estructura de transporte de cargas 10 de una góndola 3 o el árbol de
entrada 21, o podría aplicar cargas al equipo 22 bajo prueba de
cualquier otro modo.
En este modo de realización de la invención, los
medios de carga radial 20 son, al menos en principio, los únicos
medios de aplicación de carga 19 del banco de pruebas 12 que aplican
una carga directa al árbol de entrada 21 del equipo 22 bajo prueba.
En otro modo de realización, sin embargo, el banco de pruebas 12
podría comprender, además, medios de aplicación de carga 19 para
aplicar una carga al árbol de entrada 21 del equipo 22 o a cualquier
otra parte del equipo 22 en cualquier dirección posible, tal como
axialmente, diagonalmente, o en direcciones variables.
En un modo preferido de realización de la
invención, el generador 8 de la góndola 3 está conectado a un
sistema de simulación de red 92 que permite que el generador 8 actúe
indirectamente como un medio de aplicación de carga 19 del banco de
pruebas 12 durante la prueba, en la cual es posible simular
diferentes situaciones de red tales como situaciones de sobrecarga
extrema, situaciones de fallo, cortocircuitos, amplitud y ángulo de
fase asimétricos o cualquier otra situación de red, ya sea
independientemente o en cooperación. Por lo tanto, las diferentes
situaciones de la red aplicarán indirectamente diferentes
situaciones de carga sobre el equipo 22 bajo prueba a través del
generador 8.
En otro modo de realización, el generador 8
podría estar simplemente conectado a la red de distribución del
mismo modo que estaría en una turbina eólica 1 en
funcionamiento.
En este modo de realización de la invención, el
banco de pruebas 12 comprende medios de reducción de ruido 28 en
forma de una caja de absorción de sonido 28, que rodea
sustancialmente los medios de accionamiento 13 del banco de pruebas
12, permitiendo así que el ruido producido concretamente por los
medios de accionamiento sea absorbido por la caja 28, reduciendo así
la emisión de ruido del banco de pruebas 12.
En otro modo de realización, todo el banco de
pruebas 12 podría estar rodeado por una caja de absorción de sonido
28 o las partes individuales de banco de pruebas 12 que producen
ruido podrían estar equipadas individualmente con medios de
reducción de ruido 28. En este modo de realización, los medios de
reducción de ruido 28 son pasivos, pero en otro modo de realización,
los medios 28 podrían ser activos, por ejemplo proporcionado un
ruido en oposición de fase o de otro modo.
\global\parskip0.900000\baselineskip
En este modo de realización de la invención, el
banco de pruebas 12 comprende además medios de control de clima 29
en forma de una caja de clima 29 que rodea sustancialmente al equipo
22 de turbina eólica, o al menos a parte del equipo 22 que se va a
probar en el banco de pruebas 12.
En este modo de realización, la caja de clima 29
permite que la temperatura dentro de la caja 29 se pueda ajustar y
controlar libremente entre -45ºC y 55ºC cuando el equipo 22 está
inactivo y no funciona, y entre -40ºC y 90ºC durante el
funcionamiento del equipo 22 bajo prueba. Estos intervalos de
temperatura son suficientes en el presente modo de realización de la
invención para proporcionar un entorno eficiente y/o realista para
el equipo 22 bajo prueba, pero en otro modo de realización, el banco
de pruebas 12 podría comprender unos medios para controlar la
temperatura ambiente del equipo 22 dentro de intervalos diferentes,
y los medios de control de clima 29 podrían comprender además medios
para controlar otros parámetros del clima, tales como la humedad y/o
la presión de aire.
La fig. 4 ilustra una variante de un sistema de
pruebas de una turbina eólica, de acuerdo con un modo de realización
adicional de la invención. En este modo de realización, el sistema
de pruebas de una turbina eólica está acoplado tan solo a parte de
un sistema de turbina eólica, a saber, a un generador 48 de turbina
eólica, visto en perspectiva.
En este modo de realización, un banco de pruebas
42 está en una posición sustancialmente horizontal cuando el
generador 48 de la turbina eólica se levanta sobre el banco 42 y se
conecta rígidamente al mismo.
Un sistema de simulación de viento 45 que
comprende un motor eléctrico es accionado para establecer estados
físicos deseados. El sistema de simulación de viento 45 transfiere
giro al generador 48 por medio de un acoplamiento mecánico 49, y el
banco de pruebas 42 completo puede estar inclinado para simular
físicamente estados deseados adicionales.
El sistema de pruebas de una turbina eólica
comprende además un interfaz eléctrico 191 a un sistema de
simulación de red (no mostrado) que permite el acoplamiento del
generador a una red simulada.
La fig. 5 ilustra un diagrama eléctrico
representado esquemáticamente de un sistema de pruebas de una
turbina eólica de acuerdo con uno de varios modos de realización
dentro del alcance de la invención.
El modo de realización ilustrado comprende un
sistema de simulación de red 59 y un sistema de simulación de viento
69, acoplados mutuamente mediante un sistema de turbina eólica 74.
En este modo de realización presente, el sistema de turbina eólica
comprende una góndola 72 o piezas de la góndola.
El sistema de simulación de red 59 y el sistema
de simulación de viento 69 están acoplados ambos a una fuente de
alimentación, tal como la red de distribución 500. Evidentemente,
los sistemas de simulación pueden estar alimentados por dos fuentes
de alimentación diferentes.
El sistema de simulación de red 59 comprende un
convertidor de potencia 50 controlado por un controlador de
simulación 51. El controlador de simulación 51 controla el
convertidor de potencia 50 para establecer la simulación de red
pretendida en la salida del sistema de simulación de red 59. El
convertidor de potencia 50 está acoplado con la red de distribución
500 a través de un transformador 54 y un interruptor 56, y está
acoplado además con el sistema de turbina eólica 74 a través de un
transformador 55, un interruptor 57 y un interfaz eléctrico 58.
El convertidor de potencia 50 ilustrado puede
comprender, por ejemplo, un inversor de voltaje medio ALSPA VDM
7000, los interruptores 56, 57 ilustrados pueden comprender, por
ejemplo, interruptores de 30 kV/50 Hz, el transformador 54 puede
comprender, por ejemplo, un transformador trifásico 13 MVA de 30
kV/3,1 kV, y el transformador 55 puede comprender, por ejemplo, un
transformador trifásico 13 MVA de 3,1 kV/30 kV.
El sistema de turbina eólica 74 ilustrado
comprende una góndola 72 que comprende una transmisión mecánica 62,
tal como una caja de engranajes, conectada a un generador 78 de la
góndola 72. El generador puede estar acoplado, por ejemplo,
eléctricamente al interfaz eléctrico 58 a través de un transformador
de salida del generador 75, tal como un simple transformador o un
convertidor de frecuencia de alimentación, dependiendo del tipo de
sistema de turbina eólica 74 bajo prueba. El acoplamiento debe
igualar la salida efectiva del sistema de simulación de red 59, aquí
la salida del transformador 55. En el modo de realización de la
figura 5, el transformador de salida del generador 75 se muestra
como un simple transformador, mientras que en los modos de
realización de las figuras 2 y 3 se muestra un convertidor de
frecuencia de alimentación 9.
Así pues, el sistema de simulación de red 59
puede estar establecido para proporcionar una salida simulada de red
que puede estar alimentada directamente a un sistema de turbina
eólica 74 que comprende un convertidor de potencia 9 o, por ejemplo,
a un sistema de turbina eólica 74 que comprende sólo un
transformador de salida del generador 75, como se ilustra en el
presente modo de realización. El transformador de salida del
generador 75 ilustrado transforma la salida del generador 78 de la
góndola 72 de, aproximadamente, 690 V a 30 kV, por ejemplo.
El sistema de simulación de viento 69 se
establece básicamente para proporcionar una situación en la entrada
mecánica de la góndola 72 que corresponda a determinados estados de
viento. El sistema de simulación de viento 69 comprende un
convertidor de frecuencia 60 conectado a un motor 61, y que por lo
tanto controla al mismo. El motor 61 está acoplado mecánicamente y
de modo giratorio a la góndola 72 a través de un engranaje 63 que
proporciona un giro lento de par elevado.
\global\parskip1.000000\baselineskip
El convertidor de frecuencia 60 está acoplado
aquí a la red de distribución 500 a través de un transformador 64 y
un interruptor 66. El transformador 64 puede comprender, por
ejemplo, un transformador 13 MVA de 30 kV/3,1 kV.
El convertidor de frecuencia 60 ilustrado puede
comprender, por ejemplo, un inversor de voltaje medio ALSPA VDM
7000.
En referencia a las figuras 3 y 4, el sistema de
simulación de red 59 y el sistema de simulación de viento 69 del
sistema de pruebas de una turbina eólica pueden ser preferiblemente
parte de los bancos de pruebas 12, 42, mostrados en las figuras 3 y
4, en los que las piezas principales comprenden el motor 61, que
puede corresponder al motor 15 de la figura 3 o al motor 45 de la
figura 4, y el engranaje 63, que puede corresponder al engranaje 16
de la figura 3. En el banco de pruebas a pequeña escala de la figura
3, cuando, por ejemplo, un generador 8 se prueba separadamente del
resto de los componentes de la góndola, no es necesario ningún
engranaje 6, en tanto en cuanto el motor y el engranaje sean
compatibles. Asimismo, en un modo de realización, el sistema de
simulación de red 59 y el interfaz eléctrico pueden corresponder al
sistema de simulación de red 92 y al interfaz eléctrico 91 de la
figura 3.
El modo de realización ilustrado facilita la
prueba de la góndola 72 en una simulación física simultánea amplia,
que cubre tanto una simulación de la red como del viento.
Evidentemente, se pueden incluir parámetros adicionales en la
configuración de la prueba, tales como temperatura, humedad, tensión
mecánica, inclinación, etc., de un componente individual de un
sistema de turbina eólica o de todos o de la mayoría de ellos en
combinación.
El control de la configuración ilustrada de la
prueba se puede establecer de diversos modos diferentes, dependiendo
del propósito de la simulación, y los resultados de la prueba se
pueden medir con diferentes procedimientos de prueba en diferentes
puntos de medida del sistema de pruebas de una turbina eólica.
Debe notarse que el sistema de simulación de red
ilustrado puede estar comprendido asimismo por sistemas de contacto
más simples o primitivos con o sin circuitería de transformación
asociada, tales como montajes de interruptores y/o resistencias u
otras cargas, por ejemplo, para establecer un circuito de división
de voltaje para simular caídas de voltaje. Tales sistemas de
simulación serían adecuados típicamente para probar estados de red
muy específicos, típicamente sólo unos pocos.
El/Los convertidor(es) pueden ser
convertidores auto-conmutados, así como
convertidores controlados externamente. En un modo preferido de
realización de la invención, el circuito convertidor es un circuito
convertidor de tiristor, que convierte la potencia de AC a DC, y de
nuevo a AC, lo que otorga una posibilidad ventajosa de controlar una
pluralidad de parámetros. En otro modo de realización de la
invención, el sistema de convertidor puede ser asimismo un
convertidor directo de AC u otro tipo de convertidor o unidades con
la funcionalidad de un convertidor, conocidas por el experto en la
técnica. Los convertidores pueden estar además temporizados
manualmente, auto-temporizados, temporizados por
red, temporizados por carga, temporizados mecánicamente o similares.
Al controlar los circuitos de convertidor, es posible controlar una
pluralidad de parámetros, lo que otorga la posibilidad de simular
una pluralidad de escenarios diferentes, tales como fallos de red,
variaciones de red, diferentes códigos de red, variaciones de la
turbina eólica o similares.
Las simulaciones que conciernen a códigos de
red, estabilidad de la red, y similares son herramientas poderosas
para optimizar los parámetros de la turbina eólica. Es posible
utilizar los convertidores de potencia para simular diferentes tipos
de caída o aumento de voltaje en la red, cortocircuitos entre tierra
y fases, cortocircuitos entre dos fases, cortocircuitos entre tres
fases, compensación reactiva, variaciones de frecuencia, diferentes
ángulos de fase, diferentes formas de la curva de amplitud, y otras
simulaciones relevantes diferentes. Además, es posible simular e
identificar diferentes períodos temporales que conciernen a
diferentes escenarios.
Al situar diferentes sensores, tales como
acelerómetros, sensores térmicos, sensores acústicos, cámaras
térmicas, sensores de voltaje y corriente, y una pluralidad de otros
sensores relevantes distintos conocidos por el experto en la
técnica, es posible monitorizar los efectos de las simulaciones
anteriormente mencionadas sobre la turbina eólica.
La fig. 6 ilustra una salida ejemplar de un
convertidor de potencia, tal como el convertidor de potencia 50. El
convertidor ilustrado, un inversor de voltaje medio ALSPA VDM 7000,
es un convertidor multinivel, tal como un convertidor anclado de
punto neutro de tres niveles, que suministra por lo tanto una salida
que tiene una distorsión armónica relativamente baja cuando se
acopla a un motor o a un transformador. La salida ilustrada ilustra
un voltaje fase a fase en función del tiempo.
La fig. 7 ilustra una simulación de red de una
caída de voltaje a un 60% del voltaje nominal en todas las fases con
una configuración de potencia de inversor instalada de 18 MVA/18
MVA. Los dos valores establecidos de potencia se refieren a los dos
lados del convertidor de frecuencia de alimentación,
respectivamente.
v_{U} [kV] designa los voltajes de las
diferentes fases de la salida del sistema de simulación de red,
medidas en kV.
i_{u} [A] designa las corrientes de las
diferentes fases de la salida del sistema de simulación de red,
medidas en amperios.
\newpage
V_{abs} [pu] e i_{abs} [pu] designan el
voltaje absoluto combinado y la corriente absoluta combinada,
respectivamente, por unidad, esto es, un valor de 1 indica un 100%
de voltaje o corriente nominal de las fases del sistema de
simulación de red.
En esta simulación, el período de prueba
comienza en, aproximadamente, 0,06 segundos, y se observa que el
nivel de voltaje del sistema se estabiliza tras 2,3 segundos.
La fig. 8 ilustra una simulación de red de un
cortocircuito de tres fases y una caída de voltaje, aproximadamente,
al 35% del voltaje nominal con una configuración de potencia de
inversión instalada de 18 MVA/27 MVA.
v_{U} [kV] designa los voltajes de las
diferentes fases de la salida del sistema de simulación de red,
medidas en kV.
i_{u} [A] designa las corrientes de las
diferentes fases de la salida del sistema de simulación de red,
medidas en amperios.
V_{abs} [pu] e i_{abs} [pu] designan el
voltaje absoluto combinado y la corriente absoluta combinada,
respectivamente, por unidad, esto es, un valor de 1 indica un 100%
de voltaje o corriente nominal de las fases del sistema de
simulación de red.
En esta simulación, el período de prueba
comienza en, aproximadamente, 0,06 segundos, y se observa que el
nivel de voltaje del sistema se estabiliza tras 2,6 segundos.
La fig. 9 ilustra una simulación de red de un
fallo de cortocircuito de dos fases con un nivel de voltaje de 100%,
0º/50%, 180º/50%, 180º, con una configuración de potencia de
inversor instalada de 18 MVA/27 MVA. Las dos fases de fallo actúan
como trayectoria de retorno para la corriente de la fase de
trabajo.
v_{U} [kV] designa los voltajes de las
diferentes fases de la salida del sistema de simulación de red,
medidas en kV.
i_{u} [A] designa las corrientes de las
diferentes fases de la salida del sistema de simulación de red,
medidas en amperios.
v_{abs} [pu] e i_{abs} [pu] designan el
voltaje absoluto combinado y la corriente absoluta combinada,
respectivamente, por unidad, esto es, un valor de 1 indica un 100%
de voltaje o corriente nominal de las fases del sistema de
simulación de red.
En esta simulación, el período de prueba
comienza en, aproximadamente, 0,06 segundos, y se observa que el
nivel de voltaje del sistema se estabiliza tras 2,8 segundos.
La fig. 10 ilustra una simulación de red de una
caída de voltaje de, aproximadamente, hasta el 20% del voltaje
nominal con una configuración de potencia de inversión instalada de
18 MVA/36 MVA.
v_{U} [kV] designa los voltajes de las
diferentes fases de la salida del sistema de simulación de red,
medidas en kV.
i_{u} [A] designa las corrientes de las
diferentes fases de la salida del sistema de simulación de red,
medidas en amperios.
V_{abs} [pu] e i_{abs} [pu] designan el
voltaje absoluto combinado y la corriente absoluta combinada,
respectivamente por unidad, esto es, un valor de 1 indica un 100% de
voltaje o corriente nominal de las fases del sistema de simulación
de red.
En esta simulación, el período de prueba
comienza en, aproximadamente, 0,06 segundos, y se observa que el
nivel de voltaje del sistema se estabiliza tras 2,8 segundos.
Claims (19)
1. Sistema de pruebas de una turbina eólica para
probar eléctricamente al menos parte de los componentes (6, 7, 8, 9,
22) de la góndola de un sistema de turbina eólica (74), incluyendo
un sistema de generador eléctrico (8, 48, 78), estando montados
dichos componentes de la góndola (6, 7, 8, 9, 22) en una estructura
de transporte de cargas (10) de una góndola (3, 72) de dicho sistema
de turbina eólica (74), comprendiendo dicho sistema de pruebas de
una turbina eólica
un banco de pruebas (12, 42) que está dispuesto
para sostener dicha estructura de transporte de cargas (10) de dicha
góndola (3, 72) de la turbina eólica que incluye dichos componentes
(6, 7, 8, 9, 22) de la góndola,
un sistema de simulación de red (59, 92) que
comprende
un sistema de convertidor de potencia (50) y
un controlador de la simulación (51) que está
dispuesto para estar acoplado eléctricamente con al menos uno de
dichos componentes (6, 7, 8, 9, 22) de la góndola y que está
adaptado para proporcionar
una red de distribución simulada (54) basada
en
una fuente de alimentación (500) y
al menos una señal de control establecida por
dicho controlador de la simulación (51) y
un sistema de simulación de viento (45, 69) que
comprende
un medio de giro del árbol (61) de la turbina
eólica dispuesto para estar acoplado con una pieza giratoria de
dicho sistema de generador (8, 48, 78) o un sistema relativo al
generador de una góndola (3, 72) de la turbina eólica o una parte de
una góndola (3, 72) de la turbina eólica situada en dicho banco de
pruebas (12, 42).
\vskip1.000000\baselineskip
2. Sistema de pruebas de una turbina eólica de
acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho banco de pruebas
(12, 42) está dispuesto para sostener una góndola (3, 72) completa
de dicho sistema de turbina eólica (74).
3. Sistema de pruebas de una turbina eólica de
acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que dicho medio de giro
del árbol (61) comprende medios para estar conectados mecánicamente
a un árbol de baja velocidad de un sistema de turbina eólica y/o
medios para estar conectados mecánicamente a un árbol de alta
velocidad de un sistema de turbina eólica (74).
4. Sistema de pruebas de una turbina eólica de
acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que
dicha red de distribución simulada (58) comprende medios para estar
acoplada eléctricamente a un transformador de salida del generador
(75) de dichos componentes (6, 7, 8, 9, 22) de la góndola.
5. Sistema de pruebas de una turbina eólica de
acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que
dicha red de distribución simulada (58) comprende medios para estar
acoplada eléctricamente a un convertidor de frecuencia de
alimentación (9) de dichos componentes (6, 7, 8, 9, 22) de la
góndola.
6. Sistema de pruebas de una turbina eólica de
acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que
dicho sistema de convertidor de potencia (50) está dispuesto para
simular diferentes estados de red en respuesta a señales de control
de dicho controlador de la simulación.
7. Sistema de pruebas de una turbina eólica de
acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que
dicha fuente de alimentación (500) está suministrada por una red de
distribución.
8. Sistema de pruebas de una turbina eólica de
acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que
dicho sistema de simulación de red (59, 92) comprende además un
transformador de entrada de red (54) acoplado entre dicha fuente de
alimentación (500) y dicho sistema de convertidor de potencia
(50).
9. Sistema de pruebas de una turbina eólica de
acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que
dicho sistema de simulación de red (59, 92) comprende además un
transformador de salida de red (55), acoplado entre dicho sistema de
convertidor de potencia (50) y dicha red de distribución simulada
(58).
10. Sistema de pruebas de una turbina eólica de
acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que
comprende además un sistema de simulación de tensiones en la
góndola, un sistema de simulación de temperatura del sistema de
turbina eólica y/o un sistema de simulación de humedad del sistema
de turbina eólica.
\newpage
11. Uso de un sistema de pruebas de una turbina
eólica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones
1-10 para establecer una realimentación a una red
desde al menos una parte de un sistema de turbina eólica (74) bajo
estados de viento simulados físicamente.
12. Uso de acuerdo con la reivindicación 11, en
el que la realimentación desde al menos una parte de un sistema de
turbina eólica (74) dado se establece antes de despachar dicho
sistema de turbina eólica (74) de la fábrica, y dichos estados
simulados de viento corresponden a estados de viento que se sabe que
están presentes en la ubicación específica de funcionamiento de
dicho sistema de turbina eólica (74) dado.
13. Uso de acuerdo con la reivindicación 12, en
el que la realimentación se establece bajo estados climáticos
adicionales simulados físicamente que incluyen estados de
temperatura y/o estados de humedad que corresponden a estados
climáticos que se sabe que están presentes en la ubicación
específica de funcionamiento de dicho sistema de turbina eólica (74)
dado.
14. Uso de un sistema de pruebas de una turbina
eólica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones
1-10 para establecer una realimentación desde al
menos una parte de un sistema de turbina eólica (74) dado bajo
diferentes estados de red.
15. Uso de acuerdo con la reivindicación 14, en
el que la realimentación establecida está de acuerdo con un conjunto
de códigos de red, la realimentación se establece antes de despachar
dicho sistema de turbina eólica (74) de la fábrica, y dicho conjunto
de códigos de red corresponde a códigos de red que se aplican en la
ubicación específica de funcionamiento de dicho sistema de turbina
eólica (74) dado.
16. Procedimiento para probar eléctricamente al
menos parte de los componentes (6, 7, 8, 9, 22) de la góndola de un
sistema de turbina eólica (74) una vez montados en una estructura de
transporte de cargas (10) de una góndola (3, 72) de dicho sistema de
turbina eólica (74) por medio de un sistema de pruebas de una
turbina eólica que comprende las etapas de:
montar dichos componentes (6, 7, 8, 9, 22) de la
góndola en una estructura de transporte de cargas (10) de una
góndola (3, 72) de la turbina eólica,
situar dicha estructura de transporte de cargas
(10) en un banco de pruebas (12, 42) de dicho sistema de pruebas de
una turbina eólica,
acoplar un medio de giro del árbol (61) de un
sistema de simulación de viento (45, 69) de dicho sistema de pruebas
de una turbina eólica a una pieza giratoria de un sistema de
generador (8, 78) o de un sistema relativo al generador de dicha
góndola (3, 72) de la turbina eólica,
acoplar eléctricamente una red de distribución
simulada (58) de un sistema de simulación de red (59, 92) de dicho
sistema de pruebas de una turbina eólica a un componente eléctrico
(6, 7, 8, 9, 22) de la góndola,
hacer girar dicha pieza giratoria de un sistema
de generador (8, 78) por medio de dicho sistema de simulación de
viento (45, 69) que simula diferentes estados de viento,
exponer dicho componente (6, 7, 8, 9, 22) de la
góndola a diferentes estados simulados de red por medio de dicho
sistema de simulación de red (59, 92), y
establecer y evaluar una realimentación desde
dichos componentes (6, 7, 8, 9, 22) de la góndola bajo diferentes
estados de viento y de red simulados simultáneamente.
\vskip1.000000\baselineskip
17. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 16, en el que
la etapa de montar dichos componentes (6, 7, 8,
9, 22) de la góndola en una estructura de transporte de cargas (10)
de una góndola (3, 72) de la turbina eólica incluye montar dichos
componentes (6, 7, 8, 9, 22) de la góndola en una góndola (3, 72)
completa de la turbina eólica, y
la etapa de situar dicha estructura de
transporte de cargas (10) en una banco de pruebas (12, 42) de dicho
sistema de pruebas de una turbina eólica incluye situar dicha
góndola (3, 72) completa de la turbina eólica en el banco de pruebas
(12, 42) de dicho sistema de pruebas de una turbina eólica.
\vskip1.000000\baselineskip
18. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 16 ó 17, en el que dicho sistema de pruebas de una
turbina eólica comprende un sistema de pruebas de una turbina eólica
de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones
1-10.
19. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones 16-18, en el que dichos estados
simulados de red incluyen estados de fallo de una red de
distribución.
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