ES2601501T3

ES2601501T3 - Regulación dinámica de la producción de centrales eléctricas basándose en características de red eléctrica

Info

Publication number: ES2601501T3
Application number: ES11818996.8T
Authority: ES
Inventors: Kent Hans SØBRINK; Mohamed Haj-Maharsi; Sunita Singh
Original assignee: Vestas Wind Systems AS
Current assignee: Vestas Wind Systems AS
Priority date: 2010-12-07
Filing date: 2011-12-06
Publication date: 2017-02-15
Anticipated expiration: 2031-12-06
Also published as: WO2012076014A1; CN103403346B; CN103403346A; US20120139241A1; US8704390B2; EP2649309B1; EP2649309A1

Abstract

Central eléctrica para controlar la potencia emitida a una red eléctrica, comprendiendo la central eléctrica: un parque eólico que incluye una pluralidad de turbinas eólicas configuradas para generar y emitir una señal de potencia de parque eólico a un punto de conexión común, incluyendo cada turbina eólica un mecanismo de paso para cambiar el paso de las palas de la turbina eólica respectiva y un convertidor de potencia de turbina para emitir una parte de la señal de potencia de parque eólico generada por la turbina eólica respectiva; un convertidor de potencia de red conectado al punto de conexión común y configurado para recibir la señal de potencia de parque eólico y emitir una señal de potencia para la red eléctrica; un sensor para medir una frecuencia de la red eléctrica; y un controlador de supervisión acoplado en comunicación con cada una de las turbinas eólicas del parque eólico, el convertidor de potencia de red, y el sensor, estando el controlador de supervisión configurado para implementar un algoritmo de control para regular de manera dinámica la señal de potencia en respuesta a la caída de la frecuencia medida por el sensor por debajo de una primera frecuencia objetivo cambiando el paso de las palas de al menos una turbina eólica respectiva del parque eólico, aumentando el nivel de la parte de la señal de potencia de parque eólico emitida por el convertidor de potencia de turbina de al menos una turbina eólica respectiva del parque eólico, y aumentando el nivel de la señal de potencia emitida por el convertidor de potencia de red.

Description

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DESCRIPCION

Regulacion dinamica de la produccion de centrales electricas basandose en caractensticas de red electrica Antecedentes

Esta solicitud se refiere generalmente a la generacion de ene^a electrica y, mas espedficamente, a metodos, sistemas, y productos de programas informaticos para su uso en regular la potencia emitida de los mismos.

Un granja eolica, o parque eolico, incluye un grupo de turbinas eolicas que funcionan de manera colectiva como una central electrica que genera una potencia emitida a una red electrica. Pueden usarse turbinas eolicas para producir energfa electrica sin necesidad de combustibles fosiles. Generalmente, una turbina eolica es una maquina rotativa que convierte la energfa cinetica del viento en energfa mecanica y la energfa mecanica posteriormente en energfa electrica. Las turbinas eolicas de eje horizontal convencionales incluyen una torre, una gondola ubicada en el vertice de la torre, y un rotor que esta soportado en la gondola por un arbol. Un generador, que esta alojado dentro de la gondola, esta acoplado con el rotor por el arbol. Las corrientes de viento activan el rotor que transfiere un par al generador. El generador produce energfa electrica que se emite finalmente a la red electrica.

Debido a la intermitencia natural del viento asf como avenas que suceden cuando una lmea de transmision de una turbina eolica o la propia turbina eolica falla, la potencia emitida de una turbina eolica o parque eolico particular es menos consistente que la potencia emitida de centrales electricas convencionales que funcionan con combustibles fosiles. Como resultado, la potencia de turbinas eolicas que funcionan en condiciones nominales en un parque eolico puede no cumplir con los requisitos de produccion para la red electrica, dando como resultado en disminucion de frecuencia de la red electrica. Por ejemplo, la potencia de la central electrica eolica a menudo no seguira la potencia pronosticada debido al pronostico del viento, lmea de transmision, o errores en la turbina eolica. Como otro ejemplo, la velocidad de cambio de potencia para una central electrica eolica puede estar fuera de un intervalo deseado debido a rafagas de viento. Un enfoque convencional para tratar con estas y otras situaciones similares es usar controles de turbina eolica para gestionar el funcionamiento del parque eolico, tal como utilizar control de paso de las palas de rotor para aumentar o disminuir, dentro de unos lfmites, la potencia producida por las turbinas eolicas individuales, asf como usar un sistema de frenado para disminuir, dentro de unos lfmites, la potencia producida por las turbinas eolicas individuales.

Ademas, debido a que se anaden y se retiran cargas de la red electrica, la potencia emitida de una turbina eolica o parque eolico particular necesita regularse para mantener la red electrica en sus intervalos nominales para potencia y frecuencia, por nombrar algunos ejemplos. Como resultado, la potencia de turbinas eolicas puede no cumplir con los requisitos de produccion para la red electrica. Por ejemplo, una carga puede anadirse a la red electrica y dar como resultado una disminucion de frecuencia de la red electrica. Por otro lado, una retirada abrupta de una carga puede dar como resultado un aumento de frecuencia de la red electrica. Aunque algunos sistemas convencionales simplemente dan como resultado una eliminacion de carga (para aumentar la frecuencia de la red electrica si se disminuye mas alla de un umbral predeterminado) o eliminacion de generador (para disminuir la frecuencia de la red electrica si se aumenta mas alla de otro umbral predeterminado), un enfoque mas convencional para tratar con estas y otras situaciones similares es de nuevo usar controles de turbina eolica para gestionar el funcionamiento del parque eolico, tal como utilizar control de paso de las palas de rotor para aumentar o disminuir, dentro de unos ifmites, la potencia producida por las turbinas eolicas individuales.

Como tal, las turbinas eolicas se hacen funcionar en un modo restringido. En el modo restringido, las turbinas eolicas no estan generando toda la potencia disponible del viento o disponible de otro modo. La diferencia entre la potencia que se genera y la maxima potencia disponible, o “margen de control”, puede ser bastante amplia, tal como aproximadamente ,5 MW de amplio, y se usa para la produccion de potencia adicional de emergencia.

Un aumento o disminucion de la frecuencia de una red electrica a menudo sucede en fracciones de un segundo. Cambiar el paso de las palas para regular el funcionamiento de la turbina eolica en el modo restringido a menudo no tarda menos de unos segundos, ya que existe un retraso asociado con la determinacion o de otro modo la comunicacion de una orden a una turbina eolica para regular el paso de las palas asf como un retraso de cualquier mecanismo de regulacion de paso para realmente cambiar el paso de las palas. Ademas, existe un retraso asociado con el aumento o disminucion en la velocidad de las palas de la turbina eolica en respuesta a la regulacion del paso de las palas, y por tanto un retraso cuando la potencia real emitida de una turbina eolica aumenta o disminuye. Ademas, hacer funcionar una turbina eolica en un modo restringido necesariamente da como resultado en que la turbina eolica produzca menos potencia que la que estara disponible. Espedficamente, el modo restringido puede requerir que se apliquen frenos a la turbina eolica para mantener la generacion de potencia en el medio del margen de control. Ademas, el funcionamiento de las turbinas eolicas a velocidades inferiores a las posibles a menudo aumenta la tension en las palas, rotores, y otros componentes mecanicos de las turbinas eolicas. Esto da como resultado el aumento de desgaste en componentes de turbina eolica asf como el aumento de costes para mantenimiento, sustitucion, y funcionamiento.

Se necesitan metodos, sistemas, y productos de programas informaticos para coordinar la generacion de potencia por turbinas eolicas en un parque eolico. Un primer intento se muestra en la publicacion “Contribution of VSC-HVDC

Connected Wind Farms to Grid Frequency Regulation and Power Damping” por Wang et al., IECON 2010, Piscataway, EEUU, Noviembre 2010, paginas 397-402.

Breve sumario

Generalmente, los algoritmos de control de las realizaciones de la invencion reciben informacion sobre la frecuencia 5 de una red electrica que recibe potencia de una central electrica, y regula el nivel de potencia emitida por la central electrica cuando la frecuencia cae demasiado bajo o sube demasiado alto.

En una realizacion de la invencion, se proporciona una central electrica para controlar la potencia emitida a una red electrica. La central electrica incluye un parque eolico con una pluralidad de turbinas eolicas configuradas para generar y emitir una senal de potencia de parque eolico a un punto de conexion comun, incluyendo cada turbina 10 eolica un mecanismo de paso para controlar el paso de las palas de la turbina eolica respectiva y un convertidor de potencia de turbina para emitir una parte de la senal de potencia de parque eolico generada por la turbina eolica respectiva. La central electrica tambien incluye un convertidor de potencia de red conectado al punto de conexion comun y configurado para recibir la senal de potencia de parque eolico y emitir una senal de potencia para la red electrica, asf como un sensor para medir una frecuencia de la red electrica. La central electrica incluye ademas un 15 controlador de supervision acoplado en comunicacion con cada una de las turbinas eolicas del parque eolico, el convertidor de potencia de red, y el sensor. El controlador de supervision esta configurado para implementar un algoritmo de control que a su vez regula de manera dinamica la senal de potencia en respuesta a la cafda de la frecuencia medida por el sensor por debajo de una frecuencia predeterminada. El algoritmo de control regula de manera dinamica la senal de potencia cambiando el paso de las palas de al menos una turbina eolica respectiva del 20 parque eolico, aumentando el nivel de la parte de la senal de potencia de parque eolico emitida por el convertidor de potencia de turbina de al menos una turbina eolica respectiva del parque eolico, y aumentando el nivel de la senal de potencia emitida por el convertidor de potencia de red.

En otra realizacion de la invencion, se proporciona un metodo implementado por ordenador para controlar la potencia emitida por una central electrica a una red electrica. La central electrica es del tipo que incluye un parque 25 eolico que emite una senal de potencia de parque eolico y un convertidor de potencia de red que recibe la senal de potencia de parque eolico y emite una senal de potencia para la red electrica. El metodo comprende, en respuesta a la cafda de una frecuencia medida de la red electrica por debajo de una primera frecuencia objetivo, usar un algoritmo de control para regular de manera dinamica la senal de potencia cambiando el paso de las palas de al menos una turbina eolica respectiva del parque eolico, aumentando el nivel de una parte de la senal de potencia de 30 parque eolico emitida por un convertidor de potencia de turbina de al menos una turbina eolica respectiva del parque eolico, y aumentando el nivel de la senal de potencia emitida por el convertidor de potencia de red.

El metodo puede implementarse como un producto de programa informatico en el que se almacenan instrucciones para realizar el metodo en un medio de almacenamiento legible por ordenador.

Breve descripcion de las diversas vistas de los dibujos

35 Los dibujos adjuntos, que se incorporan en y constituyen una parte de esta memoria descriptiva, ilustran varias realizaciones de la invencion y, junto con una descripcion general de la invencion dada anteriormente y la descripcion detallada de las realizaciones dada a continuacion, sirven para explicar las realizaciones de la invencion.

La figura 1 es una vista en perspectiva de una turbina eolica.

La figura 2 es una vista en perspectiva de una parte de la turbina eolica de la figura 1 en la que la gondola esta 40 parcialmente separada para exponer estructuras alojadas dentro de la gondola.

La figura 3 es una vista diagramatica de central electrica que incluye un parque eolico con multiples turbinas eolicas como la turbina eolica de las figuras 1 y 2, un dispositivo de almacenamiento de energfa, y un controlador de central electrica segun una realizacion de la invencion.

La figura 4 es una vista diagramatica de un convertidor de potencia para la turbina eolica de las figuras 1 y 2.

45 La figura 5 es una vista diagramatica de un convertidor de potencia para la central electrica de la figura 3.

La figura 6 es un diagrama de flujo que ilustra una secuencia de operaciones para el controlador de central electrica de la figura 3 para regular la potencia emitida por la central electrica en respuesta a un aumento de la frecuencia de una red electrica conectada al mismo.

La figura 7 es un diagrama de flujo que ilustra una secuencia de operaciones para el controlador de central electrica 50 de la figura 3 para regular la potencia emitida por la central electrica en respuesta a una reduccion de la frecuencia de la red electrica conectada al mismo.

La figura 8 es un grafico que muestra los efectos separados que tiene la regulacion del paso de las palas de la turbina eolica de las figuras 1 y 2, la regulacion de la potencia emitida por el convertidor de potencia de la figura 4, y la regulacion del convertidor de potencia de la figura 5 sobre el cambio en la frecuencia de una red electrica, asf

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como retrasos de tiempo asociados con ellos.

La figura 9 es un grafico que muestra los efectos combinados que tienen la regulacion del paso de las palas de la turbina eolica de las figuras 1 y 2, la regulacion de la potencia emitida por el convertidor de potencia de la figura 4, y la regulacion del convertidor de potencia de la figura 5 sobre el cambio en la frecuencia de una red electrica a lo largo del tiempo.

Descripcion detallada

Con referencia a las figuras 1 y 2 y segun una realizacion de la invencion, una turbina eolica 10, que esta ilustrada como una maquina de eje horizontal, incluye una torre 12, una gondola 14 dispuesta en el vertice de la torre 12, y un rotor 16 acoplado de manera operativa a un generador 20 alojado dentro de la gondola 14. Ademas del generador 20, la gondola 14 aloja componentes miscelaneos requeridos para convertir energfa eolica en energfa electrica y varios componentes necesarios para hacer funcionar, controlar y optimizar la prestacion de la turbina eolica 10. La torre 12 soporta la carga presentada por la gondola 14, el rotor 16, y otros componentes de la turbina eolica 10 que estan alojados dentro de la gondola 14 sobre un cimiento subyacente. La torre 12 de la turbina eolica 10 tambien funciona para elevar la gondola 14 y el rotor 16 a una altura sobre el nivel del suelo o el nivel del mar, como sea el caso, a la que normalmente se encuentran corrientes de aire de movimiento mas rapido de menor turbulencia.

El rotor 16 incluye un buje central 22 y una pluralidad de palas 24 unidas al buje central 22 en ubicaciones circunferencialmente distribuidas alrededor del buje central 22. En la realizacion representativa, el rotor 16 incluye una pluralidad de tres palas 24 pero el numero puede variar. Las palas 24, que se extienden radialmente hacia fuera del buje central 22, estan configuradas para interactuar con las corrientes de aire pasantes para producir sustentacion aerodinamica que hace que el buje central 22 gire alrededor de su eje longitudinal. El diseno, la construccion, y el funcionamiento de las palas 24 se conocen un experto habitual en la tecnica. Por ejemplo, cada una de las palas 24 esta conectada al buje central 22 y acoplada a un mecanismo de control de paso de pala 25 (o, mas simplemente, “mecanismo de paso” 25) que permite regular el paso de la pala 24. Los mecanismos de paso 25 estan a su vez bajo el control de uno o mas controladores de paso 27 (figura 3). La gondola 14 y el rotor 16 estan acoplados por un cojinete con la torre 12 y se usa un sistema de guinada motorizado (no mostrado) para mantener el rotor 16 alineado con la direccion del viento.

Un arbol de transmision de baja velocidad 26 esta mecanicamente acoplado en un extremo con el buje central 22 del rotor 16 y se extiende al interior de la gondola 14. El arbol de transmision de baja velocidad 26 se soporta de manera giratorio por un conjunto de cojinete principal 28 acoplado al bastidor de la gondola 14. El arbol de transmision de baja velocidad 26 esta acoplado a una caja de engranajes 30 que tiene como entrada el arbol de transmision de baja velocidad 26, y que tiene como salida un arbol de transmision de alta velocidad 32 que esta acoplado de manera operativa al generador 20. El generador 20 puede ser cualquier tipo de generador smcrono o generador asmcrono tal como reconocera un experto habitual en la tecnica y se entiende generalmente que es una maquina electrica rotativa que convierte energfa mecanica en energfa electrica creando movimiento relativo entre un campo magnetico y un conductor.

La salida del generador 20 esta acoplado a un convertidor de potencia de turbina 34 para recibir la tension de CA generada por el generador 20 de la turbina eolica 10 y suministrar una tension de CA a un sistema de almacenamiento de energfa 44 y/o un sistema de convertidor de red 45 (figura 3) a traves de un punto de conexion comun 38.

El viento que supera un nivel mmimo activa el rotor 16 y hace que las palas 24 rote en un plano sustancialmente perpendicular a la direccion del viento. El par positivo transferido desde el rotor 16 al generador 20 hace que el generador 20 convierta la energfa mecanica en energfa electrica CA de modo que se explota la energfa cinetica del viento para la generacion de potencia por la turbina eolica 10. La turbina eolica 10 se caracteriza por una curva de potencia que describe la produccion de potencia generada como una funcion de la velocidad del viento y la turbina eolica 10 se hace funcionar con reconocimiento de velocidades de viento de conexion, nominal, y desconexion.

Con referencia a la figura 3, una central electrica 40 incluye una granja eolica o parque eolico 42 que contiene un grupo de turbinas eolicas 10a, 10b ubicadas en una ubicacion ffsica comun, un sistema de almacenamiento de energfa 44, y un sistema de convertidor de red 45, asf como un controlador de central electrica 46 que proporciona control de supervision sobre la central electrica 40. La central electrica 40, y en particular el sistema de convertidor de red 45 de la central electrica 40, esta acoplado electricamente con una red electrica 48, que puede ser una red electrica trifasica. Las turbinas eolicas 10a, 10b tienen cada una construccion similar o identica a la construccion de la turbina eolica 10 representativa. El parque eolico 42 puede contener turbinas eolicas adicionales (no mostradas) como las turbinas eolicas 10a, 10b representativas de modo que el numero total de turbinas eolicas en el parque eolico 42 es razonablemente arbitraria. En varias realizaciones, el parque eolico 42 puede incluir desde diez (10) hasta cien (100) turbinas eolicas distribuidas por decenas de kilometros cuadrados de superficie terrestre y/o mantima.

Un convertidor de potencia de turbina 34a, 34b esta configurado para recibir tension de CA generada por el generador 20 de cada unas de las turbinas eolicas 10a, 10b respectivas y para suministrar una tension de CA al

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sistema de almacenamiento de ene^a 44 y/o el sistema de convertidor de red 45 a traves del punto de conexion comun 38. Cada una de las turbinas eolicas 10a, 10b incluye un controlador de turbina eolica 36a, 36b respectivo que gestiona el funcionamiento de los componentes de turbina eolica y subsistemas implementando, por ejemplo, controles de paso, controles de guinada, controles de generador, controles de convertidor de potencia de turbina, etc. En un aspecto de la gestion de turbinas, cada de los controladores de turbina eolica 36a, 36b esta acoplado en comunicacion con uno respectivo de los convertidores de potencia de turbina 34a, 34b y genera senales de control para controlar la potencia emitida por el convertidor de potencia de turbina 34a, 34b. En respuesta a las senales de control, cada convertidor de potencia de turbina 34a, 34b rectifica la tension de CA de un generador respectivo 20 de la turbina eolica 10a, 10b para obtener una tension de CC filtrada, regula de manera dinamica el nivel de la tension de CC filtrada, y entonces convierte la tension de CC en una tension de CA a una frecuencia constante deseada (por ejemplo, 50 Hz o 60 Hz) que se emite como corriente alterna (CA) trifasica al sistema de almacenamiento de energfa 44 y el sistema de convertidor de red 45. Los controladores de turbina eolica 36a, 36b pueden controlar las funciones de otros subcontroladores que controlan localmente partes de cada turbina eolica 10a, 10b, tal como el control de paso 27 sobre las palas 24 del rotor 16.

El sistema de almacenamiento de energfa 44 incluye un dispositivo de almacenamiento de energfa 50, un convertidor de potencia de dispositivo de almacenamiento de energfa 52, y un controlador de almacenamiento de energfa 54 que gestiona el funcionamiento del convertidor de potencia de dispositivo de almacenamiento de energfa 52. El dispositivo de almacenamiento de energfa 50 esta acoplado al sistema de convertidor de red 45 y se dispone paralelo a los generadores 20 de las turbinas eolicas 10a, 10b en el parque eolico 42. El controlador de almacenamiento de energfa 54 esta acoplado en comunicacion con el convertidor de potencia de dispositivo de almacenamiento de energfa 52 y genera senales de control que se suministran como ordenes al convertidor de potencia de dispositivo de almacenamiento de energfa 52.

En la realizacion representativa, el dispositivo de almacenamiento de energfa 50 incluye una o mas batenas recargables. Batenas ejemplares pueden basarse en pilas de almacenamiento electroqmmico e incluyen, pero no se limitan a, batenas de plomo, de ion litio, y redox de vanadio. Otras batenas ejemplares incluyen, pero no se limitan a, batenas de metal-aire, mquel-cadmio, sodio-azufre, y cinc-bromuro. En realizaciones alternativas, el dispositivo de almacenamiento de energfa 50 puede ser un tipo diferente de dispositivo, tal como un volante o una batena de condensadores (tal como condensadores electroqmmicos), capaces de recibir y almacenar establemente energfa electrica, y tambien capaces de descargar la energfa electrica almacenada bajo el control del controlador de central electrica 46. En otra realizacion alternativa, el dispositivo de almacenamiento de energfa 50 puede ser hnbrido en el sentido de que el dispositivo de almacenamiento de energfa 50 puede incluir dispositivos de diferentes tipos, tales como uno o mas volantes, uno o mas batenas de condensadores, una o mas batenas recargables, o combinaciones de estos dispositivos.

El controlador de almacenamiento de energfa 54, junto con los controladores de turbina eolica 36a, 36b, controla la capacidad del dispositivo de almacenamiento de energfa 50 para recibir y almacenar energfa de las turbinas eolicas 10a, 10b en el parque eolico 42. El exceso de energfa producido por las turbinas eolicas 10a, 10b puede almacenarse en el dispositivo de almacenamiento de energfa 50. En respuesta a senales de control de los controladores de turbina eolica 36a, 36b respectivos, los convertidores de potencia de turbina 34a, 34b estan configurados para desviar energfa electrica producida por los generadores 20 de las turbinas eolicas 10, 10b al convertidor de potencia de dispositivo de almacenamiento de energfa 52 del dispositivo de almacenamiento de energfa 50. El convertidor de potencia de dispositivo de almacenamiento de energfa 52 esta configurado para convertir la(s) tension(es) de CA de los convertidores de potencia de turbina 34a, 34b de las turbinas eolicas 10a, 10b respectivas del parque eolico 42 en una tension de CC, regular el nivel de tension de la tension de CC para la compatibilidad con el dispositivo de almacenamiento de energfa 50, y enviar la tension de CC al dispositivo de almacenamiento de energfa 50 que almacena la energfa electrica contenida en la tension de CC.

Por orden de las senales de control recibidas del controlador de almacenamiento de energfa 54, puede ordenarse al convertidor de potencia de dispositivo de almacenamiento de energfa 52 descargar energfa almacenada de manera controlada como tension de Cc del dispositivo de almacenamiento de energfa 50 al convertidor de potencia de dispositivo de almacenamiento de energfa 52. El convertidor de potencia de dispositivo de almacenamiento de energfa 52, que puede ser similar a los convertidores de potencia de turbina 34a, 34b, esta configurado para recibir la tension de CC emitida del dispositivo de almacenamiento de energfa 50, filtrar la tension de CC, y entonces convertir la tension de CC filtrada en una tension de CA a la frecuencia constante apropiada. La tension de CA se emite entonces del sistema de almacenamiento de energfa 44 como potencia de CA trifasica al sistema de convertidor de red 45.

El sistema de convertidor de red 45 incluye un convertidor de potencia de red (enlace de HVDC) 56 y un controlador de convertidor de red 58 que gestiona el funcionamiento del convertidor de potencia de red (enlace de HVDC) 56. El convertidor de potencia de red (enlace de HVDC) 56 esta configurado para recibir la(s) tension(es) de CA del parque eolico 42 y/o sistema de almacenamiento de energfa 44, convertir la tension de CA del parque eolico 42 y/o la tension de CA del sistema de almacenamiento de energfa 44 para obtener una tension de CC filtrada, regular de manera dinamica el nivel de la tension de CC filtrada de modo que se produce una senal de CC de alta tension (HVDC), y entonces convertir la senal de HVDC a una tension de CA a una frecuencia constante deseada que se emite como CA trifasica a la red electrica 48.

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El controlador de central electrica 46 esta conectado en comunicacion con los controladores de turbina eolica 36a, 36b en el parque eolico 42. El viento interactua con las turbinas eolicas 10a, 10b, tal como se explico anteriormente, para generar energfa electrica del par suministrado por el rotor 16 al generador 20. Senales de control del controlador de central electrica 46 se usan por cada uno de los controladores de turbina eolica 36a, 36b para variar de manera dinamica la produccion de la respectiva turbina eolica 10a, 10b en el parque eolico 42 para cumplir con ciertos requisitos de produccion sobre la energfa electrica generada. En respuesta a una senal de control recibida del controlador de central electrica 46, cada uno de los controladores de turbina eolica 36a, 36b puede, por ejemplo, controlar la guinada de la gondola 14 y el rotor 16. Tambien en respuesta a una senal de control recibida del controlador de central electrica 46, cada uno de los controladores de turbina eolica 36a, 36b puede controlar un controlador de paso 27a, 27b respectivo para controlar el paso de las palas 24 para limitar la velocidad de rotacion de la turbina eolica 10a, 10b respectiva. Ademas, en respuesta a una senal de control recibida del controlador de central electrica 46, cada uno de los controladores de turbina eolica 36a, 36b puede, por ejemplo, controlar el funcionamiento de los convertidores de potencia de turbina 34a, 34b respectivos para regular la tension de CA emitida por las turbinas eolicas 10a, 10b respectivas.

El controlador de central electrica 46 tambien esta conectado en comunicacion con el controlador de almacenamiento de energfa 54 que sirve al sistema de almacenamiento de energfa 44. Senales de control del controlador de central electrica 46 se usan por el controlador de almacenamiento de energfa 54 para regular el funcionamiento del dispositivo de almacenamiento de energfa 50 y el convertidor de potencia de dispositivo de almacenamiento de energfa 52. En particular, las senales de control del controlador de central electrica 46 se usan para regular la descarga de energfa desde el dispositivo de almacenamiento de energfa 50 del sistema de almacenamiento de energfa 44 y la carga del dispositivo de almacenamiento de energfa 50.

El controlador de central electrica 46 esta configurado para controlar una cantidad de energfa electrica emitida de la central electrica 40 a la red electrica 48. Como tal, el controlador de central electrica 46 esta conectado en comunicacion con el sistema de convertidor de red 45. Senales de control del controlador de central electrica 46 se usan por el controlador de convertidor de red 58 para regular el funcionamiento del convertidor de potencia de red (enlace de HVDC) 56. En respuesta a una senal de control recibida del controlador de central electrica 46, el controlador de convertidor de red 58 puede, por ejemplo, controlar el funcionamiento del convertidor de potencia de red (enlace de HVDC) 56 para regular la tension de CA emitida a la red electrica 48. La potencia emitida de la central electrica 40 normalmente incluye una contribucion de cada una de las turbinas eolicas 10 en el parque eolico 42 y puede incluir una contribucion del sistema de almacenamiento de energfa 44, aunque el sistema de almacenamiento de energfa 44 puede consumir potencia al cargarse. El convertidor de potencia de red (enlace de HVDC) 56 puede incluir un transformador para aumentar la tension de la corriente electrica que llega desde el parque eolico 42 y/o sistema de almacenamiento de energfa 44 para la conexion por lmeas de transmision de alta tension a la red electrica 48.

Al menos un sensor 60 mide datos que vanan con el tiempo de las turbinas eolicas 10 en el parque eolico 42 para proporcionar informacion para variables relativos al funcionamiento de esas turbinas eolicas 10. El al menos un sensor 60 puede monitorizar varios parametros medibles y puede incluir sensores de viento, sensores para el funcionamiento mecanico de las turbinas eolicas 10, sensores de tension, sensores de corriente, sensores de paso, y/o cualquier otro sensor que detecta datos relevantes para el funcionamiento de las turbinas eolicas 10 (incluyendo el generador 20 y/o convertidor de potencia de turbina 35, por ejemplo) o datos del entorno de las turbinas eolicas 10. La informacion de estado de al menos un sensor 60 se comunica al controlador de central electrica 46 y se correlaciona en el controlador de central electrica 46 con el estado del parque eolico 42.

Al menos un otro sensor 61 mide datos que vanan con el tiempo del sistema de almacenamiento de energfa 44 para generar informacion que vanan con el tiempo para variables relativos al funcionamiento del dispositivo de almacenamiento de energfa 50. El al menos un sensor 61 puede monitorizar varios parametros medibles del dispositivo de almacenamiento de energfa 50 y puede incluir sensores de tension, sensores de corriente, y/o cualquier otro sensor que detecta datos relevantes para el funcionamiento del sistema de almacenamiento de energfa 44 (incluyendo el dispositivo de almacenamiento de energfa 50 y el convertidor de potencia de dispositivo de almacenamiento de energfa 52, por ejemplo). La informacion de estado de al menos un sensor 61 se comunica al controlador de central electrica 46 y se correlaciona en el controlador de central electrica 46 con el estado del sistema de almacenamiento de energfa 44.

Ademas de al menos un sensor 60, 61 para medir informacion del parque eolico 42 y/o sistema de almacenamiento de energfa 44, la central electrica 40 puede incluir sensores 62, 63, 64 adicionales para medir tensiones de CA del parque eolico 42, el sistema de almacenamiento de energfa 44, y el sistema de convertidor de red 45. Espedficamente, al menos un sensor 62 mide datos para variables relativos a la potencia que vana con el tiempo real emitida del parque eolico 42 al punto de conexion comun 38, al menos un sensor 63 mide datos para variables relativos a la potencia que vana con el tiempo real emitida del sistema de almacenamiento de energfa 44 al punto de conexion comun 38, y al menos un sensor 64 mide datos para variables relativos a la potencia que vana con el tiempo real emitida del sistema de convertidor de red 45 y por tanto la central electrica 40. La potencia que vana con el tiempo real emitida de la central electrica 40 durante periodos de produccion de potencia incluye contribuciones de las potencias que vanan con el tiempo del parque eolico y sistema de almacenamiento de energfa. Las potencias que vanan con el tiempo pueden incluir componentes reactivos y activos. Los sensores 62, 63, 64 pueden incluir

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sensores de tension para medir tension como una variable, sensores de corriente para medir corriente como una variable, y/o cualquier otro sensor que detecta datos para variables relevantes a deteccion y medicion de potencia. Los datos de los sensores 62, 63, 64 pueden comunicarse al controlador de central electrica 46 y actualizarse continuamente para el calculo de las potencias que vanan con el tiempo en diferentes instantes en el tiempo para implementar los esquemas de control en tiempo real de las realizaciones de la invencion.

El controlador de central electrica 46 esta configurado ademas para monitorizar la red electrica 48 para buscar desequilibrios, tales como la cafda de la frecuencia de senales de CA en la red electrica fuera de un intervalo especificado. La central electrica 40 esta configurada para mantener la red electrica 48 a una frecuencia deseada, o de servicio (por ejemplo, 50 Hz o 60 Hz). Cuando se introduce demanda o carga adicional a la red electrica 48, la frecuencia puede disminuir. Cuando re retira demanda o carga de la red electrica 48, la frecuencia puede aumentar. Desviacion excesiva de la frecuencia de servicio, sin embargo, puede provocar un fallo de al menos una parte de la red electrica 48 o dano a dispositivos de conversion de electricidad y/o consumo de electricidad conectados a la red electrica 48. Como tal, el controlador de central electrica 46 esta configurado para monitorizar la red electrica 48 a traves de al menos un sensor 65 y para controlar los componentes de la central electrica 40 para regular la tension de CA suministrada a la red electrica 48 cuando hay desequilibrios. Consistente con realizaciones de la invencion, el controlador de central electrica 46 esta configurado para regular de manera dinamica el funcionamiento de una o mas de una turbina eolica 10a, 10b, sistema de almacenamiento de energfa 44, o sistema de convertidor de red 45 en respuesta a un desequilibrio en la red electrica 48.

El controlador de central electrica 46 es un sistema de control de supervision que puede implementarse usando al menos un procesador 66 seleccionado de microprocesadores, microcontroladores, microordenadores, procesadores de senal digital, unidades de procesamiento centrales, matriz de puertas programable en campo, dispositivos logicos programables, maquina de estados, circuitos logicos, circuitos analogicos, circuitos digitales, y/o cualquier otros dispositivos que manipulan senales (analogicas y/o digitales) basandose en instrucciones de funcionamiento que se almacenan en una memoria 68. La memoria 68 puede ser un unico dispositivo de memoria o una pluralidad de dispositivos de memoria incluyendo, pero sin limitarse a, una memoria de acceso aleatorio (RAM), memoria volatil, memoria no volatil, memoria estatica de acceso aleatorio (SRAM), memoria dinamica de acceso aleatorio (DRAM), memoria flash, memoria cache, y/o cualquier otro dispositivo que puede almacenar informacion digital. El controlador de central electrica 46 incluye un dispositivo de almacenamiento masivo 70 que puede incluir uno o mas discos duros, disquetes u otras unidades de discos extrafbles, dispositivos de almacenamiento de acceso directo (DASD), lectores opticos (por ejemplo, un lector de CD, un lector de DVD, etc.), y/o unidades de cinta, entre otros.

El procesador 66 del controlador de central electrica 46 funciona bajo el control de un sistema operativo, y ejecuta o de otra manera depende del codigo de programacion informatico incorporado en diversas aplicaciones de software informatico, componentes, programas, objetos, modulos, estructuras de datos, etc. El codigo de programacion informatico que se encuentra en memoria 68 y almacenado en el dispositivo de almacenamiento masivo 70 tambien incluye un algoritmo de control 72 que, cuando se ejecuta en el procesador 66, controla y gestiona la potencia emitida a la red electrica 48 usando calculos numericos y logica de funcionamiento para controlar la potencia emitida del sistema de potencia 40. El codigo de programacion informatico comprende normalmente una o mas instrucciones que se encuentran en diversas veces en la memoria 68, y que, cuando el procesador 66 las lee y ejecuta, hace que el controlador de central electrica 46 realice las etapas necesarias para ejecutar etapas o elementos que incorporan las diversas realizaciones y aspectos de la invencion.

Diversos codigos de programacion descritos en el presente documento pueden identificarse basandose en la aplicacion en la que se implementa en una realizacion espedfica de la invencion. Sin embargo, debe apreciarse que cualquier nomenclatura de programacion particular que sigue se usa meramente por conveniencia, y por tanto la invencion no debe limitarse a su uso unicamente en cualquier aplicacion espedfica identificada y/o implfcita por tal nomenclatura. Ademas, dado el numero de formas normalmente ilimitado en las que pueden organizarse programas informaticos en rutinas, procedimientos, metodos, modulos, objetos, y similares, asf como las diversas formas en que funcionalidad de programa puede asignarse entre diversas capas de software que se encuentran dentro de un ordenador tfpico (por ejemplo, sistemas operativos, bibliotecas, API (interfaz para la programacion de aplicaciones), aplicaciones, applets, etc.), debe apreciarse que la invencion no se limita a la organizacion y asignacion espedfica de la funcionalidad de programa descrita en el presente documento.

Por motivos de gestion de energfa y controles regulatorios, el controlador de central electrica 46 puede configurarse con una interfaz de entrada/salida (I/O) 74 para recibir diversos tipos de datos de entrada desde fuentes externas a la central electrica 40 a traves de una red aplicable 75 tal como, por ejemplo, una red de area local (LAN), una red de area amplia (WAN), el Internet, una red inalambrica, etc., empleando un protocolo de comunicacion adecuado. En particular, el controlador de central electrica 46 puede recibir un valor de consigna global para la produccion de potencia desde una fuente externa, tal como un SCADA, por la red 75 usando un protocolo de SCADA apropiado.

El controlador de central electrica 46 incluye una interfaz hombre-maquina (HMI) 76 que esta conectada de manera operativa al procesador 66 en forma convencional. La HMI 76 puede incluir dispositivos de salida, tales como monitores alfanumericos, una pantalla tactil, un altavoz, y otros indicadores visuales o audibles, asf como dispositivos de entrada y controles, tales como un teclado alfanumerico, un dispositivo de puntero, teclados, pulsadores, perillas de control, etc., que pueden aceptar ordenes o entradas del operador.

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El controlador de central electrica 46 incluye una interfaz de sensor 78 que permite que el controlador de central electrica 46 se comunique con los sensores 60, 61, 62, 63, 64, 65. La interfaz de sensor 78 puede ser o puede comprender uno o mas convertidores de analogico a digital configurados para convertir senales analogicas de los sensores 60, 61, 62, 63, 64, 65 en senales digital para su uso por el procesador 66 del controlador de central electrica 46.

Las figuras 4 y 5 muestran un convertidor de potencia de turbina 34 y un convertidor de potencia de red (enlace de HVDC) 56, respectivamente. En particular, el convertidor de potencia de turbina 34 incluye un convertidor de tension de CA-CC 80 acoplado al generador 20 de una turbina eolica 10 para filtrar y convertir una tension de CA asf generada en una tension de CC filtrada. Se regula entonces el nivel de la tension de CC filtrada mediante un enlace de CC y un circuito recortador 82. El enlace de CC y circuito recortador 82 es un circuito recortador de ganancia variable regulable de manera dinamica que tiene aproximadamente un ±30% de capacidad de sobretension/subtension con respecto a una tension normal, nominal a la que esta configurado para mantener la tension de CC filtrada. Por tanto, en respuesta a senales de control del controlador de central electrica 46, el enlace de CC y circuito recortador 82 pueden hacerse funcionar para aumentar la tension de CC emitida de ese modo en aproximadamente el 30% (por ejemplo, aumentar la ganancia de entrada a salida) o para disminuir la tension de CC emitida de ese modo en aproximadamente el 30% (por ejemplo, disminuir la ganancia de entrada a salida). En cualquier caso, la tension de CC emitida por el enlace de cC y circuito recortador 82 a un convertidor de CC-CA 84, donde se convierte a una senal de CA y se emite al punto de conexion comun 38.

El convertidor de potencia de red (enlace de HVDC) 56 es similar al convertidor de potencia de turbina 34 pero, dado que normalmente recibe senales de multiples turbinas eolicas, incluye componentes que pueden tratar con tensiones mas altas que aquellos componentes del convertidor de potencia de turbina 34. El convertidor de potencia de red (enlace de HVDC) 56 incluye un convertidor de CA-CC 86 acoplado al punto de conexion comun 38. El convertidor de CA-CC 86 esta configurado para filtrar y convertir una tension de CA en una senal de CC de alta tension (HVDC), en la que posteriormente se regula su nivel mediante un enlace de HVDC y circuito recortador 88. El enlace de HVDC y circuito recortador 88 es un circuito recortador de ganancia variable regulable de manera dinamica que tiene tambien aproximadamente un ±30% de capacidad de sobretension/subtension con respecto a una tension normal, nominal a la que esta configurado para mantener la senal de HVDC filtrada. En respuesta a senales de control del controlador de central electrica 46, el enlace de HVDC y circuito recortador 88 pueden hacerse funcionar para aumentar la HVDC emitida de ese modo en aproximadamente el 30% (por ejemplo, aumentar la ganancia de entrada a salida) o para disminuir la HVDC emitida de ese modo en aproximadamente el 30% (por ejemplo, disminuir la ganancia de entrada a salida). En cualquier caso, la HVDC emitida del enlace de HVDC y circuito recortador 88 se convierte en una senal de CA (es decir, una senal de CA de alta tension) para la red electrica 48 mediante un convertidor de CC-CA 90.

Durante el funcionamiento, el algoritmo de control 72 ejecutando en el controlador de central electrica 46 permite que el controlador de central electrica 46 responda a desequilibrios en la red electrica 48 regulando la generacion o produccion de potencia de al menos uno del parque eolico 42, el sistema de almacenamiento de energfa 44, y el sistema de convertidor de red 45. En una realizacion, el controlador de central electrica 46 regula la generacion o produccion de potencia de todas las turbinas eolicas 10a, 10b del parque eolico 42. En una realizacion alternativa, el controlador de central electrica 46 regula la generacion o produccion de potencia de turbinas eolicas 10a, 10b individuales del parque eolico 42.

El algoritmo de control 72 ejecutando en el controlador de central electrica 46 determina si existe un desequilibrio en la red electrica 48 determinando si la frecuencia de la red electrica 48 se ha desviado de una frecuencia deseada mas de un intervalo predeterminado. Como ejemplo, generalmente se desea mantener la frecuencia de la red electrica 48 dentro de un intervalo cntico de aproximadamente ,5 Hz de su frecuencia de servicio (por ejemplo, 50 Hz o 60 Hz). Las frecuencias fuera del intervalo cntico generalmente provocan fallo de al menos una parte de la red electrica 48 o dano a dispositivos de conversion de electricidad y/o consumo de electricidad conectados a la red electrica 48. Como tal, el intervalo predeterminado en el que mantener la frecuencia de la red electrica 48 desde su frecuencia de servicio puede ser el mismo que o inferior al intervalo cntico. Alternativamente, el intervalo predeterminado puede ser mas del intervalo cntico para actuar como una proteccion en caso de falla para el funcionamiento de la red electrica 48.

La figura 6 muestra un diagrama de flujo 100 que ilustra una secuencia de operaciones para que el controlador de central electrica 46 regule al menos una parte de la central electrica 40 en respuesta a la deteccion de un aumento de la frecuencia de la red electrica 48. En particular, el controlador de central electrica 46 determina si existe un aumento de la frecuencia de la red electrica 48 mas alla de un umbral predeterminado, tal como cuando existe una retirada repentina de carga en la red electrica 48 o la adicion de una turbina eolica 10 (bloque 102). Cuando el controlador de central electrica 46 no detecta un aumento de la frecuencia de la red electrica 48 mas alla del umbral predeterminado (rama “No” del bloque de decision 102), la secuencia de operaciones vuelve al bloque 102. Sin embargo, cuando el controlador de central electrica 46 detecta un aumento de la frecuencia de la red electrica 48 mas alla del umbral predeterminado (rama “Sr del bloque de decision 102), el controlador de central electrica 46 reduce selectivamente la potencia emitida por el convertidor de potencia de red (enlace de HVDC) 56 (bloque 104), tal como disipando al menos una parte de la senal de HVDC en el enlace de HVDC y circuito recortador 88 regulando el nivel de la senal de HVDC a un nivel que es hasta aproximadamente el 30% inferior a la tension

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normal, nominal a la que mantener la senal de HVDC en el convertidor de potencia de red (enlace de HVDC) 56 cuando la red electrica 48 esta en su frecuencia de servicio.

En algunas situaciones, la reduccion de la potencia emitida por el convertidor de potencia de red (enlace de HVDC) 56, y por tanto la disminucion de la frecuencia de la red electrica 48, puede no ser lo suficientemente rapida para impedir un fallo de al menos una parte de la red electrica 48 o dano a dispositivos de conversion de electricidad y/o consumo de electricidad conectados a la red electrica 48. Por ejemplo, la reduccion de la frecuencia de la red electrica 48 provocada por la reduccion de la potencia emitida por el convertidor de potencia de red (enlace de HVDC) 56 puede no ser lo suficientemente rapida para superar la frecuencia que aumenta en la red electrica 48. Por tanto, el controlador de central electrica 46 determina si la frecuencia de la red electrica 48 ha disminuido lo suficiente (bloque 106). Cuando la disminucion de la frecuencia de la red electrica 48 es insuficiente (rama “No” del bloque de decision 106), el controlador de central electrica 46 reduce selectivamente la potencia emitida por uno o mas convertidores de potencia de turbinas 34 de una o mas turbinas eolicas 10 respectivas (bloque 108), tal como disipando al menos una parte de la tension de CC en el enlace CC y circuito recortador 82 ajustando el nivel de la tension de CC a un nivel que es hasta aproximadamente el 30% inferior a la tension normal, nominal a la que mantener la tension de CC en el convertidor de potencia de turbina 34 cuando la red electrica 48 esta en su frecuencia de servicio. En una etapa opcional, el controlador de central electrica 46 puede cargar tambien el dispositivo de almacenamiento de energfa 50 o reducir selectivamente la potencia emitida por el convertidor de potencia de dispositivo de almacenamiento de energfa 52 (bloque 110). Despues del bloque 108 y/o bloque 110, la secuencia de operaciones puede volver al bloque 102.

Sin embargo, cuando el desequilibrio es una disminucion de la frecuencia de la red electrica 48, el controlador de central electrica esta configurado para aumentar la potencia emitida por la central electrica 40. La figura 7 muestra un diagrama de flujo 120 que ilustra una secuencia de operaciones para que el controlador de central electrica 46 regule al menos una parte de la central electrica 40 en respuesta a una deteccion de una disminucion de la frecuencia de la red electrica 48. En particular, el controlador de central electrica 46 determina si existe una disminucion de la frecuencia de la red electrica 48 mas alla de un umbral predeterminado, tal como cuando existe un aumento repentino de carga en la red electrica 48, una avena de una turbina eolica 10, o un fallo de una lmea de transmision de una turbina eolica 10 (bloque 122). Cuando el controlador de central electrica 46 no detecta una disminucion de la frecuencia de la red electrica 48 mas alla del umbral predeterminado (rama “No” del bloque de decision 122), la secuencia de operaciones vuelve al bloque 122.

Sin embargo, cuando el controlador de central electrica 46 detecta un aumento de la frecuencia de la red electrica 48 mas alla del umbral predeterminado (rama “Sr del bloque de decision 122), el controlador de central electrica 46 aumenta selectivamente la potencia emitida por el convertidor de potencia de red (enlace de HVDC) 56 (bloque 124), aumenta selectivamente la potencia emitida por al menos un convertidor de potencia de turbina 34 (bloque 126), y cambia selectivamente el paso de las palas 24 de al menos una turbina eolica 10 para aumentar la velocidad de la misma (bloque 128). En el bloque 124, el controlador de central electrica 46 puede aumentar selectivamente la potencia emitida del convertidor de potencia de red (enlace de HVDC) 56 enviando una orden apropiada al controlador de convertidor de red 58 para que el convertidor de potencia de red (enlace de HVDC) 56 reduzca la regulacion de nivel de la senal de HVDC con el enlace de HVDC y circuito recortador 88 hasta un nivel que es hasta aproximadamente el 30% mayor que la tension normal, nominal a la que mantener la senal de HVDC en el convertidor de potencia de red (enlace de HVDC) 56 cuando la red electrica 48 esta en su frecuencia de servicio. En el bloque 126, el controlador de central electrica 46 puede aumentar selectivamente la potencia emitida del convertidor de potencia de turbina 34 enviando una orden apropiada al controlador de turbina eolica 36 para que el convertidor de potencia de turbina 34 reduzca la regulacion de nivel de la tension de CC con el enlace de CC y circuito recortador 82 hasta un nivel que es hasta aproximadamente el 30% mayor que la tension normal, nominal a la que mantener la tension de CC en el convertidor de potencia de turbina 34 cuando la red electrica 48 esta en su frecuencia de servicio. En el bloque 128, el controlador de central electrica 46 puede regular selectivamente el paso de las palas 24 enviando una orden apropiada para regular el paso de las palas 24 al controlador de turbina eolica 36 respectivo para la turbina eolica 10 apropiada asociada con esas palas 24. Con respecto al bloque 128, el controlador de central electrica 46 puede enviar una orden a uno o mas de los controladores de turbina eolica 36 de tal manera que los controladores de turbina eolica 36 pueden controlar posteriormente controladores de paso 27 respectivos para regular el paso de las palas 24 de una o mas turbinas eolicas 10 del parque eolico 42. En una etapa opcional, el controlador de central electrica 46 puede aumentar adicionalmente la potencia emitida por la central electrica 40 descargando el dispositivo de almacenamiento de energfa 50 o aumentando selectivamente la potencia emitida por el convertidor de potencia de dispositivo de almacenamiento de energfa 52 (bloque 130).

Con respecto a la figura 6, el controlador de central electrica 46 reduce selectivamente la potencia emitida por uno o mas de los convertidores de potencia 34, 52, 56, asf como carga el dispositivo de almacenamiento de energfa 50, basandose en mediciones dinamicas de la potencia emitida a la red electrica 48 y/o mediciones dinamicas de la frecuencia de la red electrica 48. De manera similar, con respecto a la figura 7, el controlador de central electrica 46 aumenta selectivamente la potencia emitida por uno o mas de los convertidores de potencia 34, 52, 56, asf como descarga el dispositivo de almacenamiento de energfa 50, basandose en mediciones dinamicas de la potencia emitida a la red electrica 48 y/o mediciones dinamicas de la frecuencia de la red electrica 48. De manera correspondiente, realizaciones de la invencion se configuran para abordar el aumento o la disminucion de la frecuencia de la red electrica 48 para llevar esa frecuencia de vuelta aproximadamente a la frecuencia de servicio,

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pero no se pretende que lleven la frecuencia sustancialmente por debajo o por encima de la frecuencia de servicio. Por tanto, el controlador de central electrica 46 reduce o aumenta “selectivamente” la potencia emitida a la red electrica 48 hasta el punto que se necesita esa reduccion o aumento de la potencia emitida. Por ejemplo, y con respecto a la figura 6, cuando se logra una reduccion de potencia suficiente reduciendo la potencia emitida por el convertidor de potencia de red (enlace de HVDC) 56 en el bloque 104, el controlador de central electrica 46 puede no reducir la potencia emitida por el convertidor de potencia de turbina 34 o el convertidor de potencia de dispositivo de almacenamiento de energfa 52, o cargar el dispositivo de almacenamiento de energfa 50 en los bloques 108 y 110. Ademas, por ejemplo, y con respecto a la figura 7, cuando se logra suficiente aumento de potencia aumentando la potencia emitida por el convertidor de potencia de red (enlace de HVDC) 56 y aumentando la potencia emitida por el convertidor de potencia de turbina 34 en los bloques 124 y 126, el controlador de central electrica 46 puede no descargar el dispositivo de almacenamiento de energfa 50 o aumentar la potencia emitida por el convertidor de potencia de dispositivo de almacenamiento de energfa 52 en el bloque 130.

El controlador de central electrica 46 esta configurado ademas para regular la potencia emitida por los convertidores de potencia 34, 52, 56 en aproximadamente ±30%. Por tanto, el controlador de central electrica 46 reduce o aumenta “selectivamente” la potencia emitida por los convertidores de potencia 34, 52, 56 a la red electrica 48 hasta el punto que se necesita esa reduccion o aumento de la potencia emitida. Por ejemplo, y con respecto a la figura 6, si el umbral predeterminado para un aumento de la frecuencia de la red electrica 48 es bajo (por ejemplo, de aproximadamente 0,01 Hz), el controlador de central electrica 46 reduce la potencia emitida por uno o mas de los convertidores de potencia 34, 52, 56 una cantidad apropiada para abordar el aumento de frecuencia. Ademas, por ejemplo, y con respecto a la figura 7, si el umbral predeterminado para una disminucion de la frecuencia de la red electrica es bajo (por ejemplo, de nuevo, de aproximadamente 0,01 Hz), el controlador de central electrica 46 aumenta la potencia emitida por uno o mas de los convertidores de potencia 34, 52, 56 una cantidad apropiada para abordar la reduccion de frecuencia.

No obstante, puede resultar ventajoso usar regulaciones de uno o mas de los convertidores de potencia 34, 52, 56 y el paso de las palas 24 de una o mas turbinas eolicas 10 del parque eolico 42 de manera conjunta. Regular la potencia emitida del convertidor de potencia de red (enlace de HVDC) 56 puede ser lo mas rapido, ya que el controlador de central electrica 46 esta normalmente ubicado mas cerca de, o incluso ubicado de manera conjunta con, el sistema de convertidor de red 45. Sin embargo, un retraso en la comunicacion t0 esta asociado con frecuencia a regulaciones mediante los convertidores de potencia 34 y/o 52. Por ejemplo, el retraso en la comunicacion t0 corresponde al tiempo requerido para que el controlador de central electrica 46 determine si regular la potencia emitida por convertidores de potencia 34 y/o 52, transmitir tal orden cuando se determina regular esos convertidores de potencia 34 y/o 52, asf como hacer que la orden se reciba y se procese por controladores 36 y/o 54 respectivos. Sin embargo, el mayor retraso esta con frecuencia asociado con una combinacion del retraso en la comunicacion t0 y un retraso mecanico para el controlador de paso 27 para controlar uno o mas mecanismos de paso 25 para regular el paso de las palas 24. Este retraso mecanico se indica twTG.

La figura 8 muestra un grafico de combinacion 200 que ilustra un ejemplo de los tiempos de respuesta de regular tres recursos de la central electrica 40 y el efecto de esos tiempos de respuesta sobre el cambio de la frecuencia de una red electrica 48 en respuesta a lo misma (ilustrado como “At”). El primer recurso (ilustrado como “Recurso 1”) corresponde a un convertidor de potencia de red (enlace de HVDC) 56. Tal como se comento anteriormente, con frecuencia resulta mas rapido regular la potencia emitida por el convertidor de potencia de red (enlace de HVDC) 56, y por tanto la seccion 202 del grafico de combinacion 200 ilustra el efecto de que regular el convertidor de potencia de red (enlace de HVDC) 56 puede ser lo mas rapido y tambien tener un impacto significativo sobre la frecuencia de la red electrica 48. El segundo recurso (ilustrado como “Recurso 2”) corresponde a los convertidores de potencia de turbina 34 de la turbinas eolicas 10 del parque eolico 42. Tal como se comento anteriormente, hay un retraso en la comunicacion t0 asociado con regular la potencia emitida por convertidores de potencia de turbina 34. Ademas, el impacto total de la regulacion de convertidores de potencia de turbina 34 de turbinas eolicas 10 del parque eolico 42 sobre la frecuencia de la red electrica 48 puede ser menor que el impacto de regular el convertidor de potencia de red (enlace de HVDC) 56. Por tanto, la seccion 204 del grafico de combinacion 200 ilustra el efecto que puede tener regular los convertidores de potencia de turbina 34 de turbinas eolicas 10 del parque eolico 42 sobre la frecuencia de la red electrica 48. El tercer recurso (ilustrado como “Recurso 3”) corresponde al paso de las palas 24 de turbinas eolicas 10 del parque eolico 42. Tal como se comento anteriormente, hay un retraso en la comunicacion t0 y un retraso mecanico twTG (por ejemplo, t0 + twTG) asociados con hacer que el controlador de paso 27 cambie el paso de las palas 24 de turbina eolica 10. El impacto total de cambiar el paso de las palas 24 de turbinas eolicas 10 del parque eolico 42 tambien es el que mas tarda pero puede tener el mayor impacto sobre la frecuencia de la red electrica 48. Por tanto, la seccion 206 del grafico de combinacion 200 ilustra el efecto que puede tener regular el paso de las palas 24 de turbinas eolicas 10 del parque eolico 42 sobre la frecuencia de la red electrica 48.

La figura 9 muestra un grafico 210 que ilustra un ejemplo de la combinacion de las respuestas de regular los tres recursos de la central electrica 40 en combinacion y el efecto de esas regulaciones a lo largo del tiempo sobre el cambio de la frecuencia (Af) de una red electrica 48 en respuesta a lo mismo. Tal como se ilustra en la figura 9, la regulacion de los tres recursos da como resultado un cambio definitivo en la frecuencia de la red electrica 48 ilustrado por la lmea discontinua horizontal en “Af”. Este cambio particular en la frecuencia se logra mediante la regulacion selectiva de los tres recursos por parte del controlador de central electrica 46. Como tal, el controlador de

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central electrica 46 puede regular selectivamente la potencia emitida por el convertidor de potencia de red (enlace de HVDC) 56 y los convertidores de potencia de turbina 34 de turbinas eolicas 10 del parque eolico 42 a su maximo (por ejemplo, ±30%), pero hace selectivamente que los controladores de turbina eolica 36 y los controladores de paso de pala 27 regulen el paso de las palas 24 de esas turbinas eolicas 10 para lograr el nivel deseado de cambio de la frecuencia de la red electrica 48.

Tal como apreciara un experto en la tecnica, las realizaciones de la invencion tambien pueden realizarse en un producto de programa informatico realizado en al menos un medio de almacenamiento legible por ordenador que tiene codigos de programacion legibles por ordenador no transitorios realizados en el mismo. El medio de almacenamiento legible por ordenador puede ser un sistema, aparato o dispositivo electronico, magnetico, optico, electromagnetico, de infrarrojos o semiconductor, o cualquier combinacion adecuada de los mismos, que puede contener o almacenar un programa para su uso por, o en conexion con, un sistema, aparato o dispositivo de ejecucion de instrucciones. Un medio de almacenamiento legible por ordenador a modo de ejemplo incluye, pero no se limita a, un disco duro, un disquete, una memoria de acceso aleatorio, una memoria de solo lectura, una memoria de solo lectura programable y que puede borrarse, una memoria flash, una memoria de solo lectura de disco compacto portatil, un dispositivo de almacenamiento optico, un dispositivo de almacenamiento magnetico, o cualquier combinacion adecuada de los mismos. Puede escribirse codigo de programacion informatico que contiene instrucciones para indicar a un procesador que funcione de una manera particular para llevar a cabo operaciones para las realizaciones de la presente invencion en uno o mas lenguajes de programacion orientados a objetos y procedurales. El codigo de programacion informatico puede suministrarse desde el medio de almacenamiento legible por ordenador al procesador de cualquier tipo de ordenador, tal como el procesador 66 del controlador de central electrica 46, para producir una maquina con un procesador que ejecuta las instrucciones para implementar las funciones/acciones de un procedimiento implementado por ordenador para la recogida de datos de sensor especificada en el presente documento.

La terminologfa usada en el presente documento es unicamente con el fin de describir realizaciones particulares y no se pretende que limite la invencion. Tal como se usan en el presente documento, se pretende que las formas en singular “un”, “una” y “el/la” incluyan tambien las formas en plural, a menos que el contexto indique claramente lo contrario. Se entendera ademas que los terminos “comprende” y/o “que comprende”, cuando se usan en esta memoria descriptiva, especifican la presencia de caractensticas, numeros enteros, etapas, operaciones, elementos, y/o componentes mencionados, pero no excluyen la presencia o adicion de una o mas de otras caractensticas, numeros enteros, etapas, operaciones, elementos, componentes y/o grupos de los mismos. Ademas, en la medida en que los terminos “incluye”, “que tiene”, “tiene”, “con”, “compuesto por”, o variantes de los mismos se usan o bien en la descripcion detallada o bien en las reivindicaciones, se pretende que tales terminos sean inclusivos de una manera similar al termino “que comprende.”

Aunque se ha ilustrado la invencion mediante una descripcion de diversas realizaciones y aunque esas realizaciones se han descrito con detalles considerables, el solicitante no pretende restringir ni limitar de ninguna manera el alcance de las reivindicaciones adjuntas a tales detalles. A los expertos en la tecnica se les ocurriran facilmente ventajas y modificaciones adicionales. Por ejemplo, cualquiera de los bloques de los diagramas de flujo anteriores pueden eliminarse, aumentarse, hacerse simultaneos con otros, combinarse o alterarse de otro modo segun los principios de la presente invencion. Por ejemplo, y con respecto a la figura 6, el controlador de central electrica 46 puede estar configurado ademas para cambiar el paso de las palas 24 de una o mas turbinas eolicas 10 de una manera similar a lo que se muestra y se describe con respecto al bloque 128 de la figura 7. Ademas, con respecto a la figura 6, el controlador de central electrica 46 puede estar configurado ademas para determinar si se necesita disminuir selectivamente la potencia emitida por el convertidor de potencia de red (enlace de HVDC) 56 (cuando esta opcion no es la primera opcion para disminuir la frecuencia de la red electrica 48), cargar el dispositivo de almacenamiento de energfa 50 y/o reducir selectivamente la potencia emitida por el convertidor de potencia de dispositivo de almacenamiento de energfa 52 mediante la determinacion de si ha habido una disminucion suficiente de la frecuencia de la red electrica 48 de una manera similar a lo que se muestra y se describe con respecto al bloque 106. Ademas, y con respecto a la figura 7, el controlador de central electrica 46 puede estar configurado ademas para determinar si aumentar selectivamente la potencia emitida por el convertidor de potencia de red (enlace de HVDC) 56 (cuando esta opcion no es la primera opcion para aumentar la frecuencia de la red electrica 48), aumentar selectivamente la potencia emitida por el convertidor de potencia de turbina 34, regular selectivamente el paso de las palas 24 de una o mas turbinas eolicas 10, descargar energfa del dispositivo de almacenamiento de energfa 50 y/o aumentar selectivamente la potencia emitida por el convertidor de potencia de dispositivo de almacenamiento de energfa 52 mediante la determinacion de si ha habido un aumento suficiente de la frecuencia de la red electrica 48.

Claims

1.

5

10

15

2.

20

25

3.

30

35 4.

5.

40

45 6.

50 7.

8.

REIVINDICACIONES

Central electrica para controlar la potencia emitida a una red electrica, comprendiendo la central electrica:

un parque eolico que incluye una pluralidad de turbinas eolicas configuradas para generar y emitir una senal de potencia de parque eolico a un punto de conexion comun, incluyendo cada turbina eolica un mecanismo de paso para cambiar el paso de las palas de la turbina eolica respectiva y un convertidor de potencia de turbina para emitir una parte de la senal de potencia de parque eolico generada por la turbina eolica respectiva;

un convertidor de potencia de red conectado al punto de conexion comun y configurado para recibir la senal de potencia de parque eolico y emitir una senal de potencia para la red electrica;

un sensor para medir una frecuencia de la red electrica; y

un controlador de supervision acoplado en comunicacion con cada una de las turbinas eolicas del parque eolico, el convertidor de potencia de red, y el sensor, estando el controlador de supervision configurado para implementar un algoritmo de control para regular de manera dinamica la senal de potencia en respuesta a la cafda de la frecuencia medida por el sensor por debajo de una primera frecuencia objetivo cambiando el paso de las palas de al menos una turbina eolica respectiva del parque eolico, aumentando el nivel de la parte de la senal de potencia de parque eolico emitida por el convertidor de potencia de turbina de al menos una turbina eolica respectiva del parque eolico, y aumentando el nivel de la senal de potencia emitida por el convertidor de potencia de red.

Central electrica segun la reivindicacion 1, que comprende ademas:

un sistema de almacenamiento de energfa con un dispositivo de almacenamiento de energfa, estando el sistema de almacenamiento de energfa conectado al punto de conexion comun que va a cargarse mediante la senal de potencia de parque eolico,

en la que el algoritmo de control esta configurado ademas para cargar el dispositivo de almacenamiento de energfa en respuesta a la cafda de la frecuencia medida por el sensor por debajo de la primera frecuencia objetivo.

Central electrica segun la reivindicacion 1, que comprende ademas:

un sistema de almacenamiento de energfa con un dispositivo de almacenamiento de energfa y un convertidor de potencia de dispositivo de almacenamiento de energfa, estando el convertidor de potencia de dispositivo de almacenamiento de energfa configurado para emitir una senal de potencia de sistema de almacenamiento de energfa al punto de conexion comun,

en la que el algoritmo de control esta configurado ademas para aumentar el nivel de la senal de potencia de sistema de almacenamiento de energfa emitida por el convertidor de potencia de dispositivo de almacenamiento de energfa en respuesta a la cafda de la frecuencia medida por el sensor por debajo de la primera frecuencia objetivo.

Central electrica segun la reivindicacion 1, en la que el algoritmo de control esta configurado ademas para regular de manera dinamica la senal de potencia en respuesta al aumento de la frecuencia medida por el sensor por encima de una segunda frecuencia objetivo disminuyendo el nivel de la senal de potencia emitida por el convertidor de potencia de red.

Central electrica segun la reivindicacion 4, en la que el algoritmo de control esta configurado ademas para regular de manera dinamica la senal de potencia en respuesta al aumento de la frecuencia medida por el sensor por encima de la segunda frecuencia objetivo cambiando el paso de las palas de al menos una turbina eolica respectiva del parque eolico y disminuyendo el nivel de la parte de la senal de potencia de parque eolico emitida por el convertidor de potencia de turbina de al menos una turbina eolica respectiva del parque eolico.

Central electrica segun la reivindicacion 1, en la que el algoritmo de control esta configurado ademas para aumentar el nivel de la senal de potencia emitida por el convertidor de potencia de red antes de cambiar el paso de las palas de la al menos una turbina eolica respectiva del parque eolico o aumentar el nivel de la parte de la senal de potencia de parque eolico emitida por el convertidor de potencia de turbina de la al menos una turbina eolica respectiva del parque eolico.

Central electrica segun la reivindicacion 1, en la que el algoritmo de control esta configurado ademas para regular de manera dinamica la senal de potencia para llevar la frecuencia de la red electrica a una frecuencia de servicio asociada a la misma.

Metodo implementado por ordenador para controlar la potencia emitida por una central electrica a una red

5

10

15

20

25

30

35

40

electrica, incluyendo la central electrica un convertidor de potencia de red que recibe una senal de potencia de parque eolico desde un parque eolico y emite una senal de potencia para la red electrica, comprendiendo el metodo:

en respuesta a la cafda de una frecuencia medida de la red electrica por debajo de una primera frecuencia objetivo, usar un algoritmo de control para regular de manera dinamica la senal de potencia cambiando el paso de las palas de al menos una turbina eolica respectiva del parque eolico, aumentando el nivel de una parte de la senal de potencia de parque eolico emitida por un convertidor de potencia de turbina de al menos una turbina eolica respectiva del parque eolico, y aumentando el nivel de la senal de potencia emitida por el convertidor de potencia de red.

9. Metodo implementado por ordenador segun la reivindicacion 8, en el que la central electrica incluye un sistema de almacenamiento de energfa con un dispositivo de almacenamiento de energfa configurado para cargarse mediante la senal de potencia de parque eolico, y usar el algoritmo de control para regular de manera dinamica la senal de potencia comprende:

cargar el dispositivo de almacenamiento de energfa en respuesta a la cafda de la frecuencia medida por debajo de la primera frecuencia objetivo.

10. Metodo implementado por ordenador segun la reivindicacion 8, en el que la central electrica incluye un sistema de almacenamiento de energfa con un dispositivo de almacenamiento de energfa y un convertidor de potencia de dispositivo de almacenamiento de energfa configurado para emitir una senal de potencia de sistema de almacenamiento de energfa al convertidor de potencia de red, y en el que usar el algoritmo de control para regular de manera dinamica la senal de potencia comprende:

aumentar el nivel de la senal de potencia de sistema de almacenamiento de energfa emitida por el convertidor de potencia de dispositivo de almacenamiento de energfa en respuesta a la cafda de la frecuencia medida por debajo de la primera frecuencia objetivo.

11. Metodo implementado por ordenador segun la reivindicacion 8 que comprende ademas:

en respuesta al aumento de la frecuencia medida por encima de una segunda frecuencia objetivo, usar el algoritmo de control para regular de manera dinamica la senal de potencia disminuyendo el nivel de la senal de potencia emitida por el convertidor de potencia de red.

12. Metodo implementado por ordenador segun la reivindicacion 11, que comprende ademas:

cambiar el paso de las palas de al menos una turbina eolica respectiva del parque eolico; y

disminuir el nivel de la parte de la senal de potencia de parque eolico emitida por el convertidor de potencia de turbina de al menos una turbina eolica respectiva del parque eolico.

13. Metodo implementado por ordenador segun la reivindicacion 8, en el que el algoritmo de control esta configurado ademas para aumentar el nivel de la senal de potencia emitida por el convertidor de potencia de red antes de cambiar el paso de las palas de la al menos una turbina eolica respectiva del parque eolico o aumentar el nivel de la parte de la senal de potencia de parque eolico emitida por el convertidor de potencia de turbina de la al menos una turbina eolica respectiva del parque eolico.

14. Metodo implementado por ordenador segun la reivindicacion 8, en el que usar el algoritmo de control para regular de manera dinamica la senal de potencia comprende:

regular la senal de potencia para llevar la frecuencia de la red electrica a una frecuencia de servicio asociada a la misma.

15. Producto de programa informatico que comprende: un medio de almacenamiento legible por ordenador; e

instrucciones de programa para realizar el metodo segun la reivindicacion 8,

en el que las instrucciones de programa se almacenan en el medio de almacenamiento legible por ordenador.