ES2879283T3 - Control de tensión en un sistema de turbina eólica de generador de inducción doblemente alimentado - Google Patents

Control de tensión en un sistema de turbina eólica de generador de inducción doblemente alimentado Download PDF

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Robert Gregory Wagoner
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Abstract

Un sistema de turbina eólica (100), que comprende: un generador de inducción doblemente alimentado impulsado por viento (200) que tiene un rotor y un estator, proporcionando el estator potencia de CA a un bus de estator (122), un convertidor de potencia (130) acoplado al rotor de dicho generador de inducción doblemente alimentado (200), proporcionando dicho convertidor de potencia (130) una salida a un bus de línea (138); un transformador (190) acoplado al bus de estator (122); una alimentación de potencia auxiliar (170) acoplada al al menos un convertidor de potencia (130); al menos un elemento reactivo (172) acoplado entre la alimentación de potencia auxiliar (170) y el bus de estator (122); y un sistema de control (140,142) configurado para controlar dicho convertidor de potencia (130), estando configurado dicho sistema de control (140,142) para regular la tensión de dicha alimentación de potencia auxiliar (170) suministrando potencia reactiva desde el convertidor de potencia (130) al al menos un elemento reactivo (172) caracterizado por que la tensión de la alimentación de potencia auxiliar (170) se regula para funcionar dentro de un intervalo de operación más estrecho en comparación con el intervalo de operación del sistema de turbina eólica.

Description

DESCRIPCIÓN
Control de tensión en un sistema de turbina eólica de generador de inducción doblemente alimentado
[0001] La presente divulgación se refiere en general a fuentes de energía renovable, y más en particular, a sistemas y procedimientos de regulación de tensión en un sistema de turbina eólica de generador de inducción doblemente alimentado.
[0002] Las turbinas eólicas han recibido una atención incrementada como fuente de energía renovable. Las turbinas eólicas usan el viento para generar electricidad. El viento hace girar múltiples palas conectadas a un rotor. La rotación de las palas causada por el viento hace girar un eje del rotor, que se conecta a un generador que genera electricidad. Determinados sistemas de turbina eólica incluyen un generador de inducción doblemente alimentado (DFIG) para convertir la energía eólica en energía eléctrica adecuada para su suministro a una red eléctrica. Los DFIG están conectados típicamente a un convertidor que regula el flujo de energía eléctrica entre el DFIG y la red. Más en particular, el convertidor permite que la turbina eólica produzca energía eléctrica a la frecuencia de la red independientemente de la velocidad de rotación de las palas de la turbina eólica. Véase, por ejemplo, el documento EP 2299568.
[0003] Un sistema de DFIG típico incluye un DFIG impulsado por viento que tiene un rotor y un estator. El estator del DFIG está acoplado a la red eléctrica a través de un bus de estator. Se usa un convertidor de potencia para acoplar el rotor del DFIG a la red eléctrica. El convertidor de potencia puede ser un convertidor de potencia de dos etapas que incluye un convertidor en el lado del rotor y un convertidor en el lado de la línea. El convertidor de lado de rotor puede recibir potencia de corriente alterna (CA) desde el rotor por medio de un bus de rotor y puede convertir la potencia de CA en potencia de CC. A continuación, el convertidor de lado de línea puede convertir la potencia de CC en potencia de CA que tiene una frecuencia de salida adecuada, como la frecuencia de la red. La potencia de CA se proporciona a la red eléctrica por medio de un bus de línea. Se puede acoplar una alimentación de potencia auxiliar al bus de línea para proporcionar potencia para unos componentes usados en el sistema de turbina eólica, tales como ventiladores, bombas, motores y otros componentes del sistema de turbina eólica.
[0004] Un sistema de DFIG típico incluye un transformador de dos devanados que tiene uno principal de alta tensión (por ejemplo, mayor de 12 kVCA) y uno secundario de baja tensión (por ejemplo, 575 VCA, 690 VCA, etc.) para acoplar el sistema de DFIG a la red eléctrica. El principal de alta tensión se puede acoplar a la red eléctrica de alta tensión. El bus de estator que proporciona potencia de CA desde el estator del DFIG y el bus de línea que proporciona potencia de CA desde el convertidor de potencia se pueden acoplar al secundario de baja tensión. En este sistema, la potencia de salida del estator y la potencia de salida del convertidor de potencia se hacen funcionar a la misma tensión y se combinan en el devanado secundario del transformador único a baja tensión.
[0005] Más recientemente, los sistemas de DFIG han incluido un transformador de tres devanados para acoplar el sistema de DFIG a la red eléctrica. El transformador de tres devanados puede tener un devanado principal de alta tensión (por ejemplo, superior a 12 kVCA) acoplado a la red eléctrica, un devanado secundario de tensión intermedia (por ejemplo, 6 kVCA) acoplado al bus de estator y un devanado auxiliar de baja tensión (por ejemplo, 575 VCA, 690 VCA, etc.) acoplado al bus de línea. La disposición del transformador de tres devanados se puede preferir en sistemas de potencia de salida incrementada (por ejemplo, sistemas de 3 MW), ya que reduce la corriente en el bus de estator y otros componentes de lado de estator del DFIG, tales como un interruptor de sincronización de estator.
[0006] Típicamente, la tensión de salida del sistema de DFIG en el devanado principal del transformador (por ejemplo, un transformador de dos devanados o un transformador de tres devanados) puede tener un intervalo de operación continuo máximo de tensión nominal ± 10 %. Los componentes estándar de un sistema de turbina eólica que son alimentados por la alimentación auxiliar acoplada al bus de línea están típicamente diseñados para adaptarse a este intervalo de tensión nominal ± 10%. Sin embargo, el intervalo de operación de los nuevos sistemas de turbina eólica de DFIG se ha incrementado para adaptarse a un intervalo de operación más amplio en el principal del transformador, tal como a una tensión nominal ± 15 %.
[0007] Un intervalo de operación más amplio en el devanado principal del transformador hace que la tensión en la alimentación de potencia auxiliar usada para alimentar los componentes del sistema de turbina eólica tenga la posibilidad de ser mayor o menor que los valores nominales de los componentes estándar alimentados por la alimentación de potencia auxiliar. Como consecuencia, se puede requerir que unos componentes especiales (por ejemplo, componentes con mayores valores nominales) se adapten al intervalo de operación más amplio. Estos componentes especiales pueden tener un coste significativamente mayor que los componentes estándar y pueden requerir pruebas de calificación especiales. En determinados casos, los componentes especiales que se pueden adaptar a un intervalo de operación más amplio pueden no estar disponibles en absoluto, en cuyo caso puede ser necesario un rediseño importante de unas secciones del sistema de turbina eólica. En consecuencia, proporcionar un intervalo de operación más amplio en el principal del transformador del sistema de DFIG (por ejemplo, tensión nominal ± 15 %) puede dar lugar a inconvenientes significativos, incluyendo un mayor coste del sistema auxiliar, calendarios de elaboración más prolongados y otros inconvenientes.
[0008] Por tanto, existe la necesidad de un sistema y procedimiento para mejorar el control de tensión en un sistema de turbina eólica de DFIG. Un sistema y procedimiento que se pueda adaptar a un intervalo de operación más amplio (por ejemplo, tensión nominal ± 15 %) en el devanado principal del transformador mientras se mantiene un intervalo de operación estándar (por ejemplo, tensión nominal ± 10 %) para la alimentación de potencia auxiliar sería particularmente útil.
[0009] Diversos aspectos y ventajas de la invención se expondrán en parte en la siguiente descripción, o pueden quedar claros a partir de la descripción, o se pueden descubrir a través de la puesta en práctica la invención.
[0010] La presente invención está definida por las reivindicaciones adjuntas.
[0011] Diversas características, aspectos y ventajas de la presente invención se entenderán mejor con referencia a la siguiente descripción y reivindicaciones adjuntas. Los dibujos adjuntos, que se incorporan en, y constituyen una parte de, esta memoria descriptiva, ilustran modos de realización de la invención y, conjuntamente con la descripción, sirven para explicar los principios de la invención. En los dibujos:
la FIG. 1 representa un sistema de turbina eólica de DFIG de ejemplo de acuerdo con un modo de realización de ejemplo de la presente divulgación;
la FIG. 2 representa un sistema de turbina eólica de DFIG de ejemplo de acuerdo con un modo de realización de ejemplo de la presente divulgación;
la FIG. 3 representa un sistema de turbina eólica de DFIG de ejemplo de acuerdo con un modo de realización de ejemplo de la presente divulgación; y
la FIG. 4 representa un procedimiento de ejemplo para regular una alimentación de potencia auxiliar de un sistema de turbina eólica de DFIG de acuerdo con un modo de realización de ejemplo de la presente divulgación.
[0012] A continuación, se hará referencia con detalle a unos modos de realización de la invención, uno o más ejemplos de los cuales se ilustran en los dibujos. Cada ejemplo se proporciona a modo de explicación de la invención, no de limitación de la invención. De hecho, resultará evidente para los expertos en la técnica que se pueden hacer diversas modificaciones y variaciones en la presente invención sin alejarse del alcance o el espíritu de la invención. Por ejemplo, unas características ilustradas o descritas como parte de un modo de realización se pueden usar con otro modo de realización para producir otro modo de realización más. Por tanto, se pretende que la presente invención cubra dichas modificaciones y variaciones que entran dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas y de sus equivalentes.
[0013] En general, la presente divulgación está dirigida a sistemas y procedimientos para regular la tensión en un sistema de generador de inducción doblemente alimentado (DFIG). El sistema de DFIG puede incluir un generador de inducción doblemente alimentado impulsado por viento que tiene un rotor y un estator. El estator puede proporcionar potencia de CA a un bus de estator. El rotor puede proporcionar potencia de CA a un convertidor de potencia. La potencia puede proporcionar una salida a un bus de línea. El bus de estator y el bus de línea se pueden acoplar a una red eléctrica a través de un transformador, tal como un transformador de dos devanados o un transformador de tres devanados. Se puede acoplar una alimentación de potencia auxiliar a la salida del convertidor de potencia. La alimentación de potencia auxiliar puede proporcionar potencia para diversos componentes del sistema de turbina eólica, tales como ventiladores, bombas, motores y otros componentes del sistema de turbina eólica.
[0014] De acuerdo con diversos aspectos de la presente divulgación, la tensión de la alimentación de potencia auxiliar se puede regular suministrando potencia reactiva desde el convertidor de potencia a un elemento reactivo acoplado entre la alimentación de potencia auxiliar y el bus de estator. El elemento reactivo puede incluir un devanado del transformador usado para acoplar el sistema de turbina eólica a la red eléctrica y/o un elemento inductivo acoplado entre la salida del convertidor de potencia y el bus de estator. Suministrar potencia reactiva a al menos un elemento reactivo puede causar una reducción de tensión entre el transformador y la alimentación de potencia auxiliar.
[0015] Como consecuencia, la tensión de la alimentación de potencia auxiliar se puede mantener dentro de un intervalo de operación reducido mientras que se puede proporcionar un intervalo de operación incrementado para la tensión de un devanado principal del transformador acoplado a una red eléctrica. Por ejemplo, el intervalo de operación de la alimentación de potencia auxiliar se puede mantener para que esté en una tensión nominal ± 10 %, mientras que el intervalo de operación del devanado principal del transformador puede ser de tensión nominal ± 15 %. De esta manera, el intervalo de operación del sistema de turbina eólica se puede incrementar sin tener que rediseñar o incorporar componentes especiales en el sistema de potencia auxiliar del sistema de turbina eólica.
[0016] La FIG. 1 representa un sistema de turbina eólica de generador de inducción doblemente alimentado (DFIG) 100 de ejemplo de acuerdo con un modo de realización de ejemplo de la presente divulgación.
[0017] En el sistema de ejemplo 100, un rotor 106 incluye una pluralidad de palas de rotor 108 acopladas a un buje rotatorio 110, que conjuntamente definen una hélice. La hélice está acoplada a una caja de engranajes 112 opcional, que a su vez está acoplada a un generador 120. De acuerdo con unos aspectos de la presente divulgación, el generador 120 es un generador de inducción doblemente alimentado (DFIG) 120.
[0018] El DFIG 120 está acoplado típicamente a un bus de estator 122 y un convertidor de potencia 130 por medio de un bus de rotor 124. El bus de estator 122 proporciona una potencia multifásica de salida (por ejemplo, potencia trifásica) desde un estator de DFIG 120 y el bus de rotor 124 proporciona una potencia multifásica de salida (por ejemplo, potencia trifásica) desde un rotor de DFIG 120. Con referencia al convertidor de potencia 130, el DFIG 120 está acoplado por medio del bus de rotor 124 a un convertidor de lado de rotor 132. El convertidor de lado de rotor 132 puede estar acoplado al convertidor de lado de línea 134 que, a su vez, está acoplado a un bus de lado de línea 138.
[0019] En configuraciones de ejemplo, el convertidor de lado de rotor 132 y el convertidor de lado de línea 134 están configurados para un modo de operación normal en una disposición trifásica de modulación por ancho de pulsos (PWM) usando transistores bipolares de puerta aislada (IGBT) como dispositivos de conmutación. Se pueden usar otros dispositivos de conmutación adecuados, tales como tiristores conmutados de puerta aislada, MOSFET, transistores bipolares, rectificadores controlados de silicio u otros dispositivos de conmutación adecuados. El convertidor de lado de rotor 132 y el convertidor de lado de línea 134 pueden estar acoplados por medio de un enlace de CC 135 en el cual hay un condensador de enlace de CC 136.
[0020] El convertidor de potencia 130 puede estar acoplado a un controlador 140 para controlar la operación del convertidor de lado de rotor 132 y del convertidor de lado de línea 134. Por ejemplo, el controlador 140 puede enviar comandos de control al convertidor de lado de rotor 132 y al convertidor de lado de línea 134 para controlar la modulación de unos elementos de conmutación (tales como unos IGBT) usados en el convertidor de potencia 130 para proporcionar una salida de potencia real y reactiva deseada. El controlador 140 puede ser cualquier circuito de control adecuado. Por ejemplo, en un aspecto, el controlador puede incluir sumadores, reguladores de compensación y otros dispositivos usados para procesar señales recibidas en el controlador 140. En otro modo de realización, el controlador 140 puede incluir un dispositivo de procesamiento (por ejemplo, un microprocesador, un microcontrolador, etc.) que ejecuta instrucciones legibles por ordenador almacenadas en un medio legible por ordenador. Cuando el dispositivo de procesamiento ejecuta las instrucciones, estas pueden hacer que el dispositivo de procesamiento realice operaciones de control, tales como regular la tensión del sistema de turbina eólica de DFIG 100 de acuerdo con cualquier aspecto de ejemplo de la presente divulgación.
[0021] Como se ilustra, el sistema 100 incluye un transformador 160 que acopla el sistema de turbina eólica 100 a una red eléctrica 180. El transformador 160 de la FIG. 1 es un transformador de tres devanados que incluye un devanado principal de alta tensión 162 (por ejemplo, mayor que 12 kVCA) acoplado a la red eléctrica, un devanado secundario de tensión intermedia 164 (por ejemplo, de 6 kVCA) acoplado al bus de estator 122, y un devanado auxiliar de baja tensión (por ejemplo, de 575 VCA, 690 VCA, etc.) 166 acoplado al bus de línea 138.
[0022] Una alimentación de potencia auxiliar 170 está acoplada a la salida del convertidor de potencia 130. La alimentación de potencia auxiliar 170 actúa como una fuente de potencia para diversos componentes del sistema de turbina eólica 100. Por ejemplo, la alimentación de potencia auxiliar 170 puede alimentar ventiladores, bombas, motores y otros componentes adecuados del sistema de turbina eólica 100.
[0023] En operación, la potencia generada en el DFIG 120 haciendo girar el rotor 106 se proporciona por medio de una ruta doble a la red eléctrica 180. Las rutas dobles están definidas por el bus de estator 122 y el bus de rotor 124. En el lado de bus de rotor 124, se proporciona potencia de corriente alterna (CA) sinusoidal multifásica (por ejemplo, trifásica) al convertidor de potencia 130. El convertidor de potencia de lado de rotor 132 convierte la potencia de CA proporcionada desde el bus de rotor 124 en potencia de corriente continua (CC) y proporciona la potencia de CC al enlace de CC 135. Los elementos de conmutación (por ejemplo, IGBT) usados en circuitos en puente paralelos del convertidor de potencia de lado de rotor 132 se pueden modular para convertir la potencia de CA proporcionada desde el bus de rotor 124 en potencia de CC adecuada para el enlace de CC 135.
[0024] El convertidor de lado de línea 134 convierte la potencia de CC del enlace de CC 135 en potencia de CA a una frecuencia adecuada para la red eléctrica 180. En particular, los dispositivos de conmutación (por ejemplo, IGBT) usados en los circuitos en puente del convertidor de potencia de lado de línea 134 se pueden modular para convertir la potencia de CC del enlace de CC 135 en potencia de CA en el bus de lado de línea 138. La potencia del convertidor de potencia 130 se puede proporcionar por medio del devanado auxiliar 166 del transformador 160 a la red eléctrica 180.
[0025] Diversos disyuntores de circuito, fusibles, conmutadores, contactores y otros dispositivos, tales como un disyuntor de red 158, un disyuntor de bus de estator 156, un conmutador de sincronización de estator 154 y un disyuntor de bus de línea 152 se pueden incluir en el sistema 100 para conectar o desconectar unos buses correspondientes, por ejemplo, cuando el flujo es excesivo y puede dañar los componentes del sistema de turbina eólica 100 o por otras consideraciones de operación. También se pueden incluir componentes de protección adicionales en el sistema de turbina eólica 100.
[0026] El convertidor de potencia 130 puede recibir señales de control desde, por ejemplo, el sistema de control 142 por medio del controlador 140. Las señales de control pueden estar basadas, entre otras cosas, en condiciones o características de operación detectadas del sistema de turbina eólica 100. Por ejemplo, las señales de control pueden estar basadas en la tensión detectada asociada con el transformador 160 determinada por un sensor de tensión 144. Como otro ejemplo, las señales de control pueden estar basadas en la tensión detectada asociada con la alimentación de potencia auxiliar 170 determinada por un sensor de tensión 146.
[0027] Típicamente, las señales de control permiten el control de la operación del convertidor de potencia 130. Por ejemplo, la retroalimentación en forma de velocidad detectada del DFIG 120 se puede usar para controlar la conversión de la potencia de salida del bus de rotor 124 para mantener una fuente de alimentación multifásica (por ejemplo, trifásica) adecuada y equilibrada. El sistema de control 142 también puede usar otras retroalimentaciones de otros sensores para controlar el convertidor de potencia 130, que incluyen, por ejemplo, retroalimentaciones de tensiones y corriente del bus de rotor. Usando las diversas formas de información de retroalimentación, se pueden generar señales de control de conmutación (por ejemplo, comandos de temporización de puerta para los IGBT), señales de control de sincronización de estator y señales de disyuntor de circuito.
[0028] De acuerdo con diversos aspectos de la presente divulgación, el controlador 140 puede regular la tensión de la alimentación de potencia auxiliar 170. En particular, el controlador 140 puede controlar el convertidor de potencia 130 para suministrar la potencia reactiva sobrante a un elemento reactivo acoplado entre el convertidor de potencia 130 y el bus de estator 122 para regular la tensión de la alimentación de potencia auxiliar 170. Suministrar la potencia reactiva al elemento reactivo influirá en la tensión del bus de línea 138 y, en la misma medida, en la tensión en la alimentación de potencia auxiliar 170. Como consecuencia, la alimentación de potencia auxiliar 170 se puede regular para que funcione dentro de un intervalo de operación más estrecho en comparación con el intervalo de operación del sistema de turbina eólica 100.
[0029] En el modo de realización mostrado en la FIG. 1, el controlador 140 puede monitorizar una tensión asociada con el transformador 160 usando el sensor de tensión 144. La tensión asociada con el transformador 160 puede ser la tensión del devanado principal 162 o la tensión de un devanado secundario, tal como la tensión del devanado secundario 164 o el devanado auxiliar 166. En base a la tensión asociada con el transformador 160, el controlador 140 puede identificar una salida de potencia reactiva para el convertidor de potencia 130 para mantener la tensión de la alimentación de potencia auxiliar 130 dentro de una tolerancia predefinida de tensión nominal para la alimentación de potencia auxiliar 170, por ejemplo, dentro del 10 % de la tensión nominal de la alimentación de potencia auxiliar 170. El controlador 140 puede enviar a continuación comandos de control al convertidor de potencia 130, tales como comandos de temporización de puerta para los IGBT usados en el convertidor de lado de línea 134 y/o el convertidor de lado de rotor 132, para controlar el convertidor de potencia 130 para suministrar la potencia reactiva identificada desde el convertidor de potencia 130 a un elemento reactivo acoplado entre la alimentación de potencia auxiliar 170 y el bus de estator 122.
[0030] En el modo de realización mostrado en la FIG. 1, el elemento reactivo es el devanado auxiliar 166 del transformador 160. Más en particular, la impedancia del devanado auxiliar 166 del transformador 160 puede ser suficiente para permitir la regulación de la alimentación de potencia auxiliar 130 suministrando potencia reactiva al devanado auxiliar 166 del transformador.
[0031] La potencia reactiva sobrante suministrada al devanado auxiliar 166 influirá en la tensión de la alimentación de potencia auxiliar 170 de modo que el intervalo de operación de la alimentación de potencia auxiliar 170 se pueda mantener dentro de una tolerancia predeterminada de tensión nominal. Por ejemplo, la alimentación de potencia auxiliar 170 se puede mantener dentro de un intervalo de operación de tensión nominal ± 10%, mientras que la tensión en el devanado principal 162 del transformador 160 se puede mantener dentro de un intervalo de operación de tensión nominal ± 15 %.
[0032] En una implementación particular, el controlador 140 puede estar configurado para monitorizar la tensión de la alimentación de potencia auxiliar 170 para determinar si el devanado auxiliar permanece dentro de la tolerancia predeterminada de tensión nominal. Por ejemplo, el controlador 140 puede monitorizar la tensión asociada con la alimentación de potencia auxiliar 170 usando el sensor de tensión 146. Si la tensión sobrepasa o desciende por debajo de un determinado umbral, por ejemplo, dentro del 10 % de la tensión nominal para la alimentación de potencia auxiliar, el controlador 140 puede controlar el convertidor de potencia 130 para ajustar la salida de potencia reactiva del convertidor de potencia 130 hasta que la tensión de la alimentación de potencia auxiliar 170 se mantiene dentro de la tolerancia predeterminada.
[0033] De esta manera, el controlador 140 puede regular la tensión de la alimentación de potencia auxiliar 170 para que esté dentro de un intervalo de operación predefinido mientras permite que el sistema de turbina eólica 100 tenga una salida de intervalo de operación incrementada. Como consecuencia, se pueden usar componentes estándar en el sistema de potencia auxiliar del sistema de turbina eólica 100, dando lugar a un menor coste, un calendario de diseño/elaboración/prueba más corto y unas tareas de ingeniería reducidas.
[0034] La FIG. 2 representa un sistema de turbina eólica de DFIG 200 de acuerdo con otro modo de realización de ejemplo de la presente divulgación. El sistema de turbina eólica de DFIG 200 es sustancialmente similar al sistema de turbina eólica 100 de la FIG. 1, excepto porque el sistema de turbina eólica de DFIG 200 de la FIG. 2 incluye un elemento reactivo adicional, en concreto, un elemento inductivo 172, acoplado entre la salida del convertidor de potencia 130 y el devanado auxiliar 166. Determinados disyuntores de circuito, conmutadores, contactos y otros dispositivos no se ilustran en la FIG. 2 con propósitos de claridad de la ilustración.
[0035] De modo similar al sistema 100 representado en la FIG. 1, el controlador 140 puede regular la tensión de la alimentación de potencia auxiliar 170 controlando el convertidor de potencia 130 para que suministre potencia reactiva a un elemento reactivo acoplado entre la alimentación de potencia auxiliar 170 y el bus de estator 122. En el modo de realización de la FIG. 2, el elemento reactivo incluye el devanado auxiliar 166 del transformador 160, así como el elemento inductivo adicional 172 acoplado entre la alimentación de potencia auxiliar 170 y el devanado auxiliar 166. El elemento inductivo 172 puede ser externo a, o formar parte de, el convertidor de potencia 130.
[0036] El elemento inductivo 172 puede proporcionar cualquier impedancia adicional necesaria para regular la alimentación de potencia auxiliar 170 suministrando potencia reactiva desde el convertidor de potencia 130. Por ejemplo, si la impedancia del devanado auxiliar 166 del transformador 160 no es suficiente para permitir la regulación de la alimentación de potencia auxiliar 170 suministrando potencia reactiva desde el convertidor de potencia 130, el elemento inductivo adicional 172 se puede incluir entre la alimentación de potencia auxiliar 170 y el devanado auxiliar 166 del transformador para proporcionar la impedancia adicional requerida.
[0037] La FIG. 3 representa un sistema de turbina eólica de DFIG 300 de acuerdo con otro modo de realización de ejemplo más de la presente divulgación. El sistema de turbina eólica de DFIG 300 de la FIG. 3 es similar al sistema de turbina eólica de DFIG 100 de la FIG. 1, excepto porque el sistema de turbina eólica de DFIG 300 incluye un transformador de dos devanados 190 que acopla el sistema de turbina eólica 300 a una red eléctrica 180. El transformador de dos devanados 190 incluye un devanado principal 192 acoplado a la red eléctrica 180 y un devanado secundario 194 acoplado al bus de estator 122 y al bus de línea 138.
[0038] De modo similar al sistema 100 representado en la FIG. 1, el controlador 140 puede regular la tensión de la alimentación de potencia auxiliar 170 controlando el convertidor de potencia 130 para que suministre potencia reactiva a un elemento reactivo acoplado entre la alimentación de potencia auxiliar 170 y el bus de estator 122. En el sistema 300 de la FIG. 3, el elemento reactivo incluye un elemento inductivo 172 acoplado entre la alimentación de potencia auxiliar 170 y el bus de estator 122. El elemento inductivo 172 puede ser externo a, o formar parte de, el convertidor de potencia 130. El elemento inductivo 172 puede proporcionar la impedancia requerida necesaria para regular la alimentación de potencia auxiliar 170 suministrando potencia reactiva desde el convertidor de potencia 130.
[0039] La FIG. 4 representa un diagrama de flujo de un procedimiento (400) de ejemplo para regular la alimentación de potencia auxiliar de un sistema de turbina eólica de DFIG. El procedimiento (400) se analizará con referencia al sistema de turbina eólica de DFIG 100 de ejemplo de la FIG. 1. Sin embargo, el procedimiento (400) se puede implementar usando cualquier sistema adecuado. Además, aunque la FIG. 4 representa las etapas realizadas en un orden particular con propósitos de ilustración y análisis, los procedimientos descritos en el presente documento no están limitados a ningún orden o disposición particular. Un experto en la técnica, usando las divulgaciones proporcionadas en el presente documento, apreciará que se pueden omitir, reorganizar, combinar y/o adaptar diversas etapas de los procedimientos de diversas maneras.
[0040] En (402), el procedimiento incluye monitorizar una tensión asociada con un transformador que acopla el sistema de DFIG a la red de suministro. Por ejemplo, el procedimiento puede incluir monitorizar, con el sensor de tensión 144, la tensión del transformador 160. La tensión asociada con el transformador 160 puede ser una tensión asociada con el devanado principal 162, el devanado secundario 164 y/o el devanado auxiliar 166 del transformador 160. El sensor 144 puede proporcionar al controlador 140 una señal indicativa de la tensión asociada con el transformador.
[0041] En (404), el procedimiento incluye identificar una salida de potencia reactiva para el convertidor de potencia en base a la tensión asociada con el transformador. Por ejemplo, el controlador 140 puede procesar la señal indicativa de la tensión asociada con el transformador recibida desde el sensor 144 para identificar una salida de potencia reactiva necesaria para que el convertidor de potencia 130 mantenga la tensión de la alimentación de potencia auxiliar 170 dentro de un umbral predefinido de tensión nominal, por ejemplo, dentro de ± 10 % de la tensión nominal de la alimentación de potencia auxiliar 170. La salida de potencia reactiva se puede identificar usando cualquier proceso o técnica adecuada, por ejemplo, accediendo a un modelo que define las relaciones entre uno o más componentes del sistema de DFIG.
[0042] Una vez que se ha identificado la salida de potencia reactiva, se puede controlar un convertidor de potencia para que suministre la potencia reactiva identificada a al menos un elemento reactivo para regular la tensión de la alimentación de potencia auxiliar (406). Por ejemplo, el controlador 140 puede enviar comandos de control al convertidor de potencia 130 para controlar el convertidor de potencia 130 para que suministre la potencia reactiva identificada al elemento reactivo. En un aspecto, los comandos de control pueden controlar la modulación de los dispositivos de conmutación (IGBT) usados en el convertidor de potencia 130 de modo que el convertidor de potencia 130 proporcione la potencia reactiva identificada al elemento reactivo.
[0043] Para asegurar que la alimentación de potencia auxiliar del sistema de DFIG permanece dentro de una tolerancia predeterminada (por ejemplo, dentro del 10% de la tensión nominal), el procedimiento puede incluir además monitorizar la tensión de la alimentación de potencia auxiliar para determinar si la potencia auxiliar se mantiene dentro de la tolerancia predeterminada (408). Por ejemplo, el sensor de tensión 146 puede monitorizar la tensión de la alimentación de potencia auxiliar 170 y proporcionar una señal indicativa de la tensión al controlador 140. El controlador 140 puede determinar si la tensión está dentro de la tolerancia predeterminada en base a la señal recibida desde el sensor de tensión 146.
[0044] Si la tensión de la alimentación de potencia auxiliar está dentro de la tolerancia predeterminada, el procedimiento puede incluir mantener la salida de potencia reactiva del convertidor de potencia (410). Por ejemplo, el controlador 140 puede enviar comandos de control al convertidor de potencia 130 para mantener la salida de potencia reactiva del convertidor de potencia 130. De lo contrario, el procedimiento puede ajustar la salida de potencia reactiva del convertidor de potencia hasta que la tensión de la alimentación de potencia auxiliar esté dentro de la tolerancia predeterminada (412). Por ejemplo, el controlador 140 puede enviar comandos de control al convertidor de potencia para ajustar la salida de potencia reactiva del convertidor de potencia 130 hasta que la tensión de la alimentación de potencia auxiliar 170 esté dentro de la tolerancia predeterminada. A continuación, el procedimiento puede volver a (402) donde la tensión de la alimentación de potencia auxiliar continúa siendo regulada monitorizando la tensión asociada con el transformador y suministrando una potencia reactiva desde el convertidor de potencia identificada en base a la tensión asociada con el transformador.

Claims (18)

REIVINDICACIONES
1. Un sistema de turbina eólica (100), que comprende:
un generador de inducción doblemente alimentado impulsado por viento (200) que tiene un rotor y un estator, proporcionando el estator potencia de CA a un bus de estator (122),
un convertidor de potencia (130) acoplado al rotor de dicho generador de inducción doblemente alimentado (200), proporcionando dicho convertidor de potencia (130) una salida a un bus de línea (138); un transformador (190) acoplado al bus de estator (122);
una alimentación de potencia auxiliar (170) acoplada al al menos un convertidor de potencia (130); al menos un elemento reactivo (172) acoplado entre la alimentación de potencia auxiliar (170) y el bus de estator (122); y
un sistema de control (140,142) configurado para controlar dicho convertidor de potencia (130), estando configurado dicho sistema de control (140,142) para regular la tensión de dicha alimentación de potencia auxiliar (170) suministrando potencia reactiva desde el convertidor de potencia (130) al al menos un elemento reactivo (172) caracterizado por que
la tensión de la alimentación de potencia auxiliar (170) se regula para funcionar dentro de un intervalo de operación más estrecho en comparación con el intervalo de operación del sistema de turbina eólica.
2. El sistema de turbina eólica (100) de la reivindicación 1, en el que el transformador (190) comprende un devanado principal (192) acoplado a una red eléctrica (180) y un devanado secundario (194) acoplado al bus de estator (122).
3. El sistema de turbina eólica (100) de cualquier reivindicación precedente, en el que el al menos un elemento reactivo (172) comprende un elemento inductivo acoplado entre la salida del convertidor de potencia (130) y el bus de estator (122).
4. El sistema de turbina eólica (100) de cualquier reivindicación precedente, en el que el transformador (190) comprende un devanado principal (192) acoplado a una red eléctrica, un devanado secundario (194) acoplado al bus de estator y un devanado auxiliar (166) acoplado al bus de línea.
5. El sistema de turbina eólica (100) de la reivindicación 4, en el que el al menos un elemento reactivo (172) comprende el devanado auxiliar (166).
6. El sistema de turbina eólica (100) de la reivindicación 4 o la reivindicación 5, en el que el al menos un elemento reactivo (172) comprende además un elemento inductivo acoplado entre la salida de dicho convertidor de potencia (130) y el devanado auxiliar (166).
7. El sistema de turbina eólica (100) de cualquier reivindicación precedente, en el que el sistema comprende además uno o más fusibles, disyuntores de circuito (152, 154, 156) o contactores acoplados entre la salida del convertidor de potencia (130) y el transformador (190).
8. El sistema de turbina eólica (100) de cualquier reivindicación precedente, en el que dicho sistema de control (140, 142) está configurado para ajustar una potencia reactiva de salida de dicho convertidor de potencia (130) en base a una tensión asociada con el transformador para regular la tensión de dicha alimentación de potencia auxiliar.
9. El sistema de turbina eólica (100) de la reivindicación 8, en el que la tensión asociada con dicho transformador (190) es una tensión asociada con un devanado principal (192) del transformador, estando acoplado el devanado principal a una red eléctrica.
10. El sistema de turbina eólica (100) de la reivindicación 8 o la reivindicación 9, en el que la tensión asociada con dicho transformador (190) es una tensión asociada con un devanado secundario (194) del transformador, estando acoplado el devanado secundario al bus de estator.
11. El sistema de turbina eólica (100) de cualquier reivindicación precedente, en el que dicho sistema de control (140, 142) está configurado para ajustar la potencia reactiva de salida de dicho convertidor de potencia (130) para mantener la tensión de la alimentación de potencia auxiliar (170) para que esté dentro de aproximadamente ± 10 % de la tensión nominal de la alimentación de potencia auxiliar (170).
12. El sistema de turbina eólica (100) de cualquier reivindicación precedente, en el que un devanado principal (162, 192) del transformador (160, 190) tiene un intervalo de operación más amplio.
13. El sistema de turbina eólica (100) de la reivindicación 12, en el que el intervalo de operación más amplio es una tensión nominal ± 15 %.
14. Un procedimiento para regular una alimentación de potencia auxiliar (170) de un sistema de turbina eólica (100), comprendiendo el sistema de turbina eólica (100) un generador de inducción doblemente alimentado impulsado por viento (200) que tiene un rotor y un estator, proporcionando el estator potencia de CA a un bus de estator (122), comprendiendo además el sistema de turbina eólica un convertidor de potencia (130) acoplado al rotor del generador de inducción doblemente alimentado (200), proporcionando el convertidor de potencia (130) una salida a un bus de línea (138), estando acoplada la alimentación de potencia auxiliar (170) a la salida del convertidor de potencia (130), comprendiendo el procedimiento:
monitorizar una tensión asociada con un transformador (190) que acopla el sistema de turbina eólica (200) a una red eléctrica (180);
identificar una salida de potencia reactiva para el convertidor de potencia (130) en base a la tensión asociada con el transformador (190), siendo identificada la salida de potencia reactiva para regular la tensión de la alimentación de potencia auxiliar (170); y
controlar el convertidor de potencia (130) para proporcionar la salida de potencia reactiva identificada al bus de línea (138) para regular la tensión de la alimentación de potencia auxiliar (170) para funcionar dentro de un intervalo más estrecho en comparación con el intervalo de operación del sistema de turbina eólica.
15. El procedimiento de la reivindicación 14, en el que la salida de potencia reactiva identificada se proporciona a al menos un elemento reactivo (172) acoplado entre la fuente de potencia auxiliar y el bus de estator (122).
16. El procedimiento de la reivindicación 14 o la reivindicación 15, en el que la salida de potencia reactiva se identifica para mantener la tensión de la alimentación de potencia auxiliar (170) dentro de aproximadamente ± 10 % de la tensión nominal de la alimentación de potencia auxiliar (170).
17. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 14 a 16, en el que la tensión asociada con dicho transformador (190) es una tensión asociada con un devanado principal (192) del transformador, estando acoplado el devanado principal (192) a una red eléctrica (180).
18. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 14 a 17, que comprende hacer funcionar un devanado principal (162, 192) del transformador (160, 190) en un intervalo de operación más amplio.
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