ES2379708T5

ES2379708T5 - Sistema de pruebas de turbina eólica

Info

Publication number: ES2379708T5
Application number: ES07764467.2T
Authority: ES
Inventors: Jan Bisgaard Jensen
Original assignee: Vestas Wind Systems AS
Current assignee: Vestas Wind Systems AS
Priority date: 2006-07-03
Filing date: 2007-07-03
Publication date: 2017-09-20
Anticipated expiration: 2027-07-03
Also published as: US20090107256A1; ES2379708T3; CN101484696B; CN101484696A; US7819019B2; AU2007256567B2; BRPI0712841A2; CA2653225C; CA2653225A1; WO2007140789A1; EP2052151A1; AU2007256567A1; MX2008016209A; EP2052151B2; ATE541124T1; EP2052151B1

Description

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la fig. 8 ilustra una simulación de red de un cortocircuito de tres fases y una caída de tensión de, aproximadamente, el 35% de la tensión nominal, la fig. 9 ilustra una simulación de red de un fallo de dos fases con un nivel de tensión del 100 %, 0°/50 %, 180°/50 %, 180°, y

5 la fig. 10 ilustra una simulación de red de una caída de tensión de, aproximadamente, hasta el 20 % de la tensión nominal.

Descripción detallada

La fig. 1 ilustra una turbina eólica moderna 1 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 palas 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.

15 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 3 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 3, 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

25 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.

35 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

45 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 una interfaz eléctrica 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

55 para la aplicación específica. Tales componentes pueden comprender, por ejemplo, una combinación de uno o más transformador(es), convertidor(es) 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 3) 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

65 ángulo NA de estos componentes específicos del tren de accionamiento cuando se sitúan en una turbina eólica 1 de funcionamiento ordinario.

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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 5 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

15 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 una interfaz eléctrica 58.

El convertidor de potencia 50 ilustrado puede comprender, por ejemplo, un inversor de tensión 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 13MVA de 30 kV/3,1 kV, y el transformador 55 puede comprender, por ejemplo, un transformador trifásico 13MVA 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

25 acoplado, por ejemplo, eléctricamente a la interfaz eléctrica 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 solo un transformador de salida del

35 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.

El convertidor de frecuencia 60 está acoplado aquí a la red de distribución 500 a través de un transformador 64 y un 45 interruptor 66. El transformador 64 puede comprender, por ejemplo, un transformador 13MVA de 30 kV/3,1 kV.

El convertidor de frecuencia 60 ilustrado puede comprender, por ejemplo, un inversor de tensión 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 55 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 la interfaz eléctrica pueden corresponder al sistema de simulación de red 92 y a la interfaz eléctrica 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.

65 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 métodos de prueba en

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La fig. 9 ilustra una simulación de red de un fallo de cortocircuito de dos fases con un nivel de tensión de 100 %, 0°/50 %, 180°/50 %, 180°, 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.

5 vU [kV] designa las tensiones de las diferentes fases de la salida del sistema de simulación de red, medidas en kV.

iu [A] designa las corrientes de las diferentes fases de la salida del sistema de simulación de red, medidas en amperios.

10 vabs [pu] e iabs [pu] designan la tensión absoluta combinada y la corriente absoluta combinada, respectivamente, por unidad, es decir, un valor de 1 indica un 100 % de tensión o corriente nominal de las fases del sistema de simulación de red.

15 En esta simulación, el período de prueba comienza en, aproximadamente, 0,06 segundos, y se observa que el nivel de tensión del sistema se estabiliza tras 2,8 segundos.

La fig. 10 ilustra una simulación de red de una caída de tensión de, aproximadamente, hasta el 20 % de la tensión nominal con una configuración de potencia de inversión instalada de 18 MVA/36 MVA. 20 vU [kV] designa las tensiones de las diferentes fases de la salida del sistema de simulación de red, medidas en kV.

25 vabs [pu] e iabs [pu] designan la tensión absoluta combinada y la corriente absoluta combinada, respectivamente por unidad, es decir, un valor de 1 indica un 100 % de tensión o corriente nominal de las fases del sistema de simulación de red.

30 En esta simulación, el período de prueba comienza en, aproximadamente, 0,06 segundos, y se observa que el nivel de tensión del sistema se estabiliza tras 2,8 segundos.

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Claims

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