ES2935971T3 - Procedimientos para suministrar potencia eléctrica a componentes de turbina eólica - Google Patents

Procedimientos para suministrar potencia eléctrica a componentes de turbina eólica Download PDF

Info

Publication number
ES2935971T3
ES2935971T3 ES17382889T ES17382889T ES2935971T3 ES 2935971 T3 ES2935971 T3 ES 2935971T3 ES 17382889 T ES17382889 T ES 17382889T ES 17382889 T ES17382889 T ES 17382889T ES 2935971 T3 ES2935971 T3 ES 2935971T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
power
converters
generator
wind turbine
converter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES17382889T
Other languages
English (en)
Inventor
Kevin Schoenleber
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GE Renewable Technologies Wind BV
Original Assignee
GE Renewable Technologies Wind BV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by GE Renewable Technologies Wind BV filed Critical GE Renewable Technologies Wind BV
Application granted granted Critical
Publication of ES2935971T3 publication Critical patent/ES2935971T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/10—Control effected upon generator excitation circuit to reduce harmful effects of overloads or transients, e.g. sudden application of load, sudden removal of load, sudden change of load
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J3/007—Arrangements for selectively connecting one or more loads to one or more power sources or power lines
    • H02J3/0073—Arrangements for selectively connecting one or more loads to one or more power sources or power lines by providing alternative feeding paths when the main path fails
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for feeding a single network from two or more generators or sources in parallel; Arrangements for feeding already energised networks from additional generators or sources in parallel
    • H02J3/381—Dispersed generators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for feeding a single network from two or more generators or sources in parallel; Arrangements for feeding already energised networks from additional generators or sources in parallel
    • H02J3/46—Controlling the sharing of generated power between the generators, sources or networks
    • H02J3/50—Controlling the sharing of reactive power
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/007—Control circuits for doubly fed generators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J11/00—Circuit arrangements for providing service supply to auxiliaries of stations in which electric power is generated, distributed or converted
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2101/00—Supply or distribution of decentralised, dispersed or local electric power generation
    • H02J2101/20—Dispersed power generation using renewable energy sources
    • H02J2101/28—Wind energy
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2101/00—Special adaptation of control arrangements for generators
    • H02P2101/15—Special adaptation of control arrangements for generators for wind-driven turbines
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2205/00—Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the control loops
    • H02P2205/03—Power loop, i.e. comparison of the motor power with a power reference
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/60—Controlling or determining the temperature of the motor or of the drive
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/76—Power conversion electric or electronic aspects
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S10/00—Systems supporting electrical power generation, transmission or distribution
    • Y04S10/50—Systems or methods supporting the power network operation or management, involving a certain degree of interaction with the load-side end user applications
    • Y04S10/52—Outage or fault management, e.g. fault detection or location

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

Se proporciona un método para proporcionar energía eléctrica a uno o más componentes de una turbina eólica. El método comprende: suministrar energía eléctrica a los componentes de la turbina eólica mediante un generador de turbina eólica. El método comprende además controlar la potencia eléctrica activa suministrada a los componentes haciendo funcionar uno o más convertidores de potencia para generar potencia reactiva. Luego, se hacen funcionar uno o más convertidores de potencia para absorber la potencia reactiva generada por los convertidores de potencia. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimientos para suministrar potencia eléctrica a componentes de turbina eólica
[0001] La presente divulgación se refiere a procedimientos para suministrar potencia eléctrica a componentes de turbina eólica, en particular cuando la red eléctrica no suministra potencia eléctrica.
ANTECEDENTES
[0002] Las turbinas eólicas modernas se utilizan habitualmente para suministrar electricidad a la red eléctrica. Las turbinas eólicas de este tipo constan generalmente de una torre y de un rotor dispuesto en la torre. El rotor, que suele estar formado por un buje y una pluralidad de palas, se pone en rotación bajo la influencia del viento sobre las palas. Dicha rotación genera un par que normalmente se transmite a través de un eje del rotor a un generador, ya sea directamente o mediante el uso de una caja de engranajes. De este modo, el generador produce electricidad que puede ser suministrada a la red eléctrica.
[0003] Las turbinas eólicas pueden utilizar un funcionamiento de velocidad variable, de modo que la velocidad de las palas cambia con los cambios de la velocidad del viento. Sin embargo, como la velocidad de la turbina fluctúa, la frecuencia de la corriente alterna que fluye desde el generador también fluctúa. Por consiguiente, las configuraciones de turbinas de velocidad variable pueden incluirtambién convertidores de potencia que pueden utilizarse para convertir la frecuencia de la potencia eléctrica generada en una frecuencia sustancialmente similar a la de la red eléctrica. Dichos convertidores de potencia pueden comprender típicamente una topología CA-CC-CA con un enlace de CC regulado, y pueden ser controlados por un controlador del convertidor.
[0004] Las turbinas eólicas pueden estar dispuestas juntas formando un parque eólico, con un único punto de conexión a la red eléctrica, es decir, el PCC ("Punto de Acoplamiento Común"). Los parques eólicos pueden comprender una subestación que incluya, por ejemplo, transformadores de parque eólico que conviertan la potencia de la tensión del parque eólico en una tensión de red. Dicha subestación puede incluir además sistemas de control del parque eólico, por ejemplo, un sistema de control y adquisición de datos (SCADA).
[0005] Los parques eólicos pueden disponerse en tierra (“terrestres”, "onshore"), o en el agua (“marina”, "offshore"), ya sea como una pluralidad de turbinas eólicas flotantes o con aerogeneradores sobre pilares fijados en el fondo del mar.
[0006] En las turbinas eólicas hay componentes eléctricos que deben operar continuamente, incluso en situaciones de espera. Estos componentes pueden incluir componentes relacionados con los sistemas de aire acondicionado, sensores, PLC, balizas y sistemas de protección, entre otros.
[0007] También hay componentes que son menos críticos. Estos componentes pueden tener que operar sólo ocasionalmente durante las situaciones de espera. Estos componentes pueden incluir las bombas de lubricación, los sistemas de iluminación, elevadores de servicio y los sistemas de pitch y orientación ("yaw”), entre otros.
[0008] En resumen, el suministro de potencia debe estar siempre disponible para al menos algunos de los componentes eléctricos que forman parte de una turbina eólica. Y para algunos otros componentes eléctricos, puede ser necesario garantizar el suministro de potencia de forma intermitente.
[0009] Sin embargo, la conexión con la red puede perderse durante el mantenimiento planificado, o durante la instalación, pero también durante el funcionamiento normal en caso de un problema en la red. Además, a veces hay que parar la turbina eólica para una inspección y cortar la conexión del transformador a la red. Las turbinas eólicas que se desconectan del sistema de colectores de media o alta tensión para realizar trabajos de reparación o mantenimiento pueden no proporcionar potencia eléctrica o, al menos, una potencia eléctrica adecuada para alimentar los componentes eléctricos. En estos casos hay que proporcionar una o varias fuentes de potencia auxiliares para la mayoría de los componentes eléctricos.
[0010] Por ejemplo, se puede instalar una pluralidad de generadores de potencia auxiliar, por ejemplo, generadores diésel, en cada una de las turbinas eólicas para poder suministrar potencia a cada una de ellas. O, alternativamente, puede haber al menos un generador de potencia auxiliar más potente en la subestación central que suministre energía a todas las turbinas eólicas simultáneamente.
[0011] KE MA ET AL: "Reactive power influence on the Thermal Cycling of Multi-MW Wind Power Inverter" divulga la influencia de la potencia reactiva en el ciclo térmico de los dispositivos de potencia.
[0012] El documento US 2016/273520 describe un procedimiento para controlar al menos una turbina eólica, en el que la al menos una turbina eólica está configurada para alimentar a una red eléctrica con potencia eléctrica.
[0013] El documento US 2015/073610 divulga un sistema de potencia eléctrica para una turbina eólica que incluye al menos un bus de carga auxiliar configurado para transmitir potencia eléctrica a equipos auxiliares.
RESUMEN
[0014] En un primer aspecto, se proporciona un procedimiento para suministrar potencia eléctrica a uno o más componentes de una turbina eólica según la reivindicación independiente 1.
[0015] Según este aspecto, se proporciona un procedimiento para suministrar potencia eléctrica a uno o más componentes de la turbina eólica en el que se puede mantener y controlar el suministro de potencia eléctrica a los componentes eléctricos de la turbina eólica, incluso cuando no se suministra potencia desde una red eléctrica.
[0016] Esta operación se lleva a cabo suministrando potencia eléctrica a los componentes eléctricos de la turbina eólica mediante el generador de la turbina eólica (si, por ejemplo, hay viento y la turbina eólica está generando potencia eléctrica). A este respecto, la potencia reactiva circula entre los convertidores de potencia, es decir, uno o varios convertidores de potencia son operados para generar potencia reactiva y uno o varios convertidores de potencia son operados para absorber potencia reactiva. El objetivo de esta operación es aumentar la corriente de los convertidores y, por tanto, aumentar las pérdidas de potencia de la etapa de conversión de energía. Con esta operación, la turbina eólica puede operar a una determinada velocidad del viento con su curva de potencia convencional pero con mayores pérdidas internas. De este modo, la potencia eléctrica suministrada por el generador, es decir, la potencia activa del generador, puede reducirse (con relativa rapidez) sin actuar sobre el propio generador. Además, ni el generador de la turbina eólica ni la red eléctrica notarán este intercambio de potencia reactiva interna.
[0017] En resumen, sobre todo cuando la red eléctrica no proporciona potencia eléctrica, los convertidores se utilizan para rebajar, es decir, para compensar una potencia relativamente alta suministrada por el generador de la turbina eólica, de manera que se alimente una potencia eléctrica adecuada a los componentes eléctricos de la turbina eólica.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
[0018] A continuación se describirán ejemplos no limitantes de la presente divulgación, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
La figura 1 ilustra una vista en perspectiva de un ejemplo de turbina eólica;
La figura 2 ilustra una vista interna simplificada de un ejemplo de la góndola de la turbina eólica de la figura 1;
La figura 3 ilustra esquemáticamente un ejemplo de sistema para suministrar potencia eléctrica a uno o varios componentes de la turbina eólica;
La figura 4 ilustra un ejemplo de un convertidor de lado de máquina y un convertidor de lado de red que forman parte de un convertidor de potencia que puede utilizarse en ejemplos del procedimiento según la presente divulgación;
La figura 5 ilustra un ejemplo de sistema de energía eólica que comprende un generador de inducción doblemente alimentado (DFIG) que puede utilizarse en ejemplos de los procedimientos según la presente divulgación;
La figura 6 es una ilustración de un diagrama de bloques que describe un ejemplo de procedimiento para suministrar potencia eléctrica a uno o más componentes de la turbina eólica.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LOS EJEMPLOS
[0019] A lo largo de la presente descripción y de las reivindicaciones, se considera que "generar potencia reactiva" es un aumento de la potencia capacitiva (o una disminución de la potencia reactiva inductiva). Además, "absorber potencia reactiva" se considera un aumento de la potencia reactiva inductiva (o una disminución de la potencia reactiva capacitiva).
[0020] La figura 1 ilustra una vista en perspectiva de un ejemplo de turbina eólica 160. Como se muestra, la turbina eólica 160 incluye una torre 170 que se extiende desde una superficie de apoyo 150, una góndola 161 montada en la torre 170 y un rotor 115 acoplado a la góndola 161. El rotor 115 incluye un buje giratorio 110 y al menos una pala del rotor 120 acoplada y que se extiende hacia el exterior desde el buje 110. Por ejemplo, en la realización ilustrada, el rotor 115 incluye tres palas 120. Sin embargo, en una realización alternativa, el rotor 115 puede incluir más o menos de tres palas 120. Cada pala 120 del rotor puede estar espaciada alrededor del buje 110 para facilitar la rotación del rotor 115 y permitir que la energía cinética se transfiera del viento a energía mecánica utilizable y, posteriormente, a energía eléctrica. Por ejemplo, el buje 110 puede estar acoplado de forma giratoria a un generador eléctrico 162 (figura 2) situado dentro de la góndola 161 para permitir la producción de energía eléctrica.
[0021] La figura 2 ilustra una vista interna simplificada de un ejemplo de la góndola 161 de la turbina eólica 160 de la figura 1. Como se muestra, el generador 162 puede estar dispuesto dentro de la góndola 161. En general, el generador 162 puede estar acoplado al rotor 115 de la turbina eólica 160 para generar potencia eléctrica a partir de la energía de rotación generada por el rotor 115. Por ejemplo, el rotor 115 puede incluir un eje principal 163 acoplado al buje 110 para su rotación. El generador 162 puede estar acoplado al eje del rotor 163 de manera que la rotación del eje del rotor 163 impulsa el generador 162. Por ejemplo, en la realización ilustrada, el generador 162 incluye un eje de generador 166 acoplado rotativamente al eje del rotor 163 a través de una caja de engranajes 164.
[0022] Debe apreciarse que el eje del rotor 163, la caja de engranajes 164 y el generador 162 pueden estar generalmente soportados dentro de la góndola 161 por un bastidor de soporte o bancada 165 colocado en lo alto de la torre de la turbina eólica 170.
[0023] Las palas 120 están acopladas al buje 110 con un rodamiento de pitch 100 entre la pala 120 y el buje 110. El rodamiento de pitch 100 comprende un anillo interior y un anillo exterior. Una pala de turbina eólica puede estar acoplada en el anillo de rodamiento interior o en el anillo de rodamiento exterior, mientras que el buje está conectado en el otro. Una pala 120 puede realizar un movimiento de rotación relativo con respecto al buje 110 cuando se acciona un sistema de pitch 107. Por lo tanto, el anillo de rodamiento interior puede realizar un movimiento de rotación con respecto al anillo de rodamiento exterior. El sistema de pitch 107 de la figura 2 comprende un piñón 108 que engrana con un engranaje anular 109 previsto en el anillo de rodamiento interior para poner en rotación la pala de la turbina eólica.
[0024] La figura 3 ilustra esquemáticamente un ejemplo de sistema para suministrar potencia eléctrica a uno o varios componentes de una turbina eólica. La figura 3 muestra un sistema de turbina eólica 1, por ejemplo, un sistema de turbina eólica marina que comprende un transformador principal 6 que incluye un devanado primario 6a y un devanado secundario 6b. Aunque el transformador 6 representa un transformador de dos devanados, pueden utilizarse otros transformadores adecuados, como un transformador de tres devanados.
[0025] El devanado primario 6a del transformador principal 6 puede estar conectado a una barra colectora (“busbar”) 60. La barra colectora 60 puede estar conectada además a una red eléctrica (no mostrada), por ejemplo, a un transformador de una subestación que conecte un parque eólico marino con una línea de transmisión de alta tensión (ya sea de CC de alta tensión o de CA de alta tensión). La red eléctrica está configurada para proporcionar potencia eléctrica a la barra colectora con una tensión principal, por ejemplo, en funcionamiento normal.
[0026] El devanado secundario 6b del transformador principal puede estar conectado aun primer convertidor 10 y a un segundo convertidor 11 a través de un punto de conexión con el transformador principal. En este ejemplo, pueden proporcionarse dos convertidores paralelos 10, 11. En otros ejemplos, también pueden ser posibles más de dos convertidores en paralelo. En algunos ejemplos, se puede conectar un filtro de armónicos al transformador. En ejemplos alternativos, puede proporcionarse una configuración sin filtro, es decir, una configuración sin un filtro de armónicos conectado al transformador.
[0027] El sistema 1 comprende además el generador de turbina eólica 162. En este ejemplo, el generador de turbina eólica 162 puede ser un generador síncrono, por ejemplo, un generador de imanes permanentes.
[0028] Como se muestra en la figura 4, el convertidor 10 de la figura 3 puede comprender un convertidor de lado de máquina 13, por ejemplo un convertidor CA-CC, y un convertidor de lado de red 14, por ejemplo un convertidor CC-CA. El convertidor de lado de máquina 13 puede estar conectado eléctricamente al generador. Además, el convertidor de lado de red 14 puede estar acoplado eléctricamente a un punto de conexión del devanado secundario del transformador principal. El convertidor de lado de máquina 13 y el convertidor de lado de red 14 están configurados para el modo de funcionamiento normal en una disposición trifásica de modulación por ancho de pulso (PWM) utilizando, por ejemplo, elementos de conmutación de transistores bipolares de puerta aislada (IGBT). El convertidor de lado de máquina 13 y el convertidor de lado de red 14 pueden estar acoplados a través de un enlace de CC 15. La estructura y el funcionamiento del convertidor 11 pueden ser iguales o similares a los del convertidor 10.
[0029] Siguiendo el ejemplo, en el funcionamiento normal, la potencia eléctrica generada por el generador es rectificada por el convertidor de lado de máquina 13 y convertida por el convertidor de lado de red 14 en una potencia de CA que es transformada por el transformador y se inyecta en la red con una línea eléctrica.
[0030] De nuevo en la figura 3, el funcionamiento de la turbina eólica puede ser controlado por un sistema de control de la turbina eólica. El sistema de control de la turbina eólica puede estar incorporado a un sistema de control general más amplio (por ejemplo, a nivel de parque eólico) o puede ser un sistema de control independiente dedicado. Se pueden proporcionar líneas de comunicación entre el sistema de control y los componentes de la turbina eólica, por ejemplo, el generador 162, los convertidores 10, 11 o el pitch de la turbina eólica. De este modo, se pueden intercambiar datos y la unidad de control puede enviar órdenes (y, por tanto, comunicarse) a, por ejemplo, el generador 162 y los convertidores 10, 11 correspondientes. Además, el sistema de control puede recoger datos del generador y del convertidor (corrientes, tensiones). Basándose en los datos recogidos, el sistema de control puede dar órdenes para controlar la turbina eólica y al menos algunos de sus componentes, por ejemplo, los convertidores.
[0031] El sistema de control puede incluir cualquier pieza o piezas de hardware o software, como ordenadores y programas informáticos y circuitos adecuados para controlar la turbina eólica y sus componentes. Por ejemplo, los convertidores 10, 11 pueden ser capaces de comunicar su funcionamiento al sistema de control. Al controlar los convertidores 10, 11, el sistema de control puede ser capaz de controlar el funcionamiento de los convertidores para, por ejemplo, generar y/o absorber potencia reactiva.
[0032] En funcionamiento normal, es decir, cuando la red eléctrica suministra potencia eléctrica, la red eléctrica está configurada para suministrar potencia eléctrica a la barra colectora 60 con una tensión principal de, por ejemplo, 66 kV. Por tanto, el transformador principal 6 puede convertir la potencia de, por ejemplo, 66 kV tal y como la suministra la red, en, por ejemplo, 3,3 kV. Un transformador auxiliar de la turbina eólica (no mostrado) transformará además la potencia de 3,3 kV al nivel de tensión requerido por los componentes eléctricos 8 de la turbina eólica, como por ejemplo los sistemas de iluminación, los sistemas de pitch, las bombas, los ventiladores de refrigeración, etc. En algunos ejemplos, el transformador auxiliar puede estar conectado a la barra colectora 60 y, por lo tanto, el transformador auxiliar está preparado para recibir 66 kV tal y como se suministran desde la red.
[0033] En diferentes circunstancias, por ejemplo, en caso de una pérdida de red, un control puede tener como objetivo reducir la potencia eléctrica generada por la turbina eólica, ya que la potencia eléctrica no puede inyectarse en la red. La reducción de la potencia eléctrica puede lograrse, por ejemplo, mediante un pitch adecuado de las palas de la turbina eólica y/o el control del generador. Alternativa o adicionalmente, una señal de control que ordene al convertidor 10 generar potencia reactiva puede ser generada por el sistema de control, por ejemplo a nivel del sistema de control y adquisición de datos (SCADA), y puede ser enviada al convertidor 10. El convertidor de lado de red 14 (véase la figura 4) del convertidor 10 puede así inyectar / generar potencia reactiva en la dirección de la flecha (flecha A). Con esta disposición, puede reducirse la potencia eléctrica suministrada por el generador de la turbina eólica. El control sobre el convertidor puede conseguir el efecto de reducir la potencia activa más rápidamente que un control sobre el pitch y/o el generador.
[0034] Siguiendo el ejemplo, el sistema de control puede generar otra señal de control que ordene al convertidor 11 que absorba potencia reactiva, por ejemplo, de nuevo a nivel del sistema de control y adquisición de datos (SCADA). El convertidor de lado de red del convertidor 11 (que no está generando potencia reactiva) puede así absorber la potencia reactiva generada por el convertidor 10 en la dirección de la flecha (flecha A). Cabe señalar que ni el generador de la turbina eólica 162 ni la red 60 notarán este intercambio de potencia reactiva interna. Se observa además que la cantidad de potencia reactiva absorbida por el convertidor 11 puede ser similar a la cantidad de potencia reactiva generada por el convertidor de potencia 10.
[0035] Además, el convertidor puede estar provisto de un sistema de refrigeración. El sistema de refrigeración de los convertidores puede activarse adicionalmente de manera que la potencia eléctrica suministrada a los componentes eléctricos 8 de la turbina eólica se reduzca aún más porque la potencia eléctrica es utilizada por el sistema de refrigeración.
[0036] En algunos ejemplos, la potencia eléctrica reducida suministrada por el generador puede seguir siendo demasiado alta para alimentar adecuadamente los componentes eléctricos 8. En este caso, puede activarse un dispositivo configurado para absorber potencia.
[0037] Un transformador auxiliar de la turbina eólica (no mostrado) transformará además la tensión rebajada al nivel de tensión requerido por los componentes eléctricos 8 de la turbina eólica, como por ejemplo los sistemas de iluminación, los sistemas de pitch, las bombas, los ventiladores de refrigeración, etc. Este nivel de tensión puede ser de 0,4 kV.
[0038] La turbina eólica puede operar así en un "modo de funcionamiento autosostenible", es decir, la propia turbina eólica genera una potencia eléctrica adecuada para alimentar los componentes eléctricos de la turbina eólica incluso cuando no se suministra potencia de la red eléctrica. Siguiendo el ejemplo, el sistema de control puede generar otra señal de control que ordene al convertidor 11 absorber potencia reactiva, por ejemplo, de nuevo a nivel del sistema de control y adquisición de datos (SCADA). El convertidor de lado de red del convertidor 11 (que no está generando potencia reactiva) puede así absorber la potencia reactiva generada por el convertidor 10 en la dirección de la flecha (flecha A). Cabe señalar que ni el generador de la turbina eólica 162 ni la red 60 notarán este intercambio de potencia reactiva interna. Se observa además que la cantidad de potencia reactiva absorbida por el convertidor 11 es similar a la cantidad de potencia reactiva generada por el convertidor de potencia 10.
[0039] Si el sistema de control de la turbina eólica detecta que la red se ha recuperado, el controlador de la turbina adapta la tensión de la red, mediante el transformador principal y el transformador auxiliar, a la tensión de los componentes de la turbina eólica y puede detener la generación de potencia reactiva para pasar a un funcionamiento normal.
[0040] Cabe señalar que la operación de generación/absorción de potencia reactiva, tal y como se ha descrito anteriormente, en una turbina eólica que comprende un generador síncrono, por ejemplo, un generador de imanes permanentes, puede realizarse utilizando dos o más convertidores. El razonamiento es que en una configuración de generador síncrono, el convertidor de lado de red sólo está conectado al convertidor de lado de máquina a través del enlace de CC. En este sentido, no se puede intercambiar potencia reactiva entre el convertidor de lado de red y el convertidor de lado de máquina que forma parte del convertidor de potencia que utiliza dicho enlace de CC (y, por tanto, no se puede realizar ningún intercambio de potencia reactiva entre el convertidor de lado de red y el convertidor de lado de máquina utilizando un único convertidor).
[0041] En algunos ejemplos, una medida en la que el sistema de control puede basar sus instrucciones para operar los convertidores puede ser la potencia eléctrica suministrada a los componentes eléctricos. La potencia eléctrica suministrada a los componentes eléctricos puede ser medida o determinada por el sistema de control. El sistema de control puede así calcular las instrucciones que deben enviarse a los convertidores de potencia 10, 11. En particular, la potencia eléctrica recogida suministrada a los componentes eléctricos se compara con una potencia eléctrica adecuada para los componentes eléctricos. Por ejemplo, si la potencia eléctrica suministrada por el generador está por encima de la potencia eléctrica adecuada para los componentes eléctricos, el sistema de control puede enviar órdenes de potencia reactiva para operar la generación de potencia reactiva por el convertidor 10 (y así reducir la potencia eléctrica, es decir, la potencia activa generada por el generador). Además, la unidad de control puede enviar órdenes de potencia reactiva al convertidor 11 para que éste absorba la potencia reactiva, es decir, la potencia reactiva generada por el convertidor 10.
[0042] La unidad de control también puede determinar la cantidad de potencia reactiva que debe generarse en función de una o varias variables medidas de la turbina eólica. Las variables medidas pueden ser la potencia eléctrica recibida por los componentes eléctricos y/o la potencia eléctrica generada por el generador.
[0043] En algunos ejemplos, en lugar de determinar la cantidad de potencia reactiva que debe generarse, la unidad de control puede limitarse a enviar señales al convertidor 10 para que genere la máxima potencia reactiva posible que pueda generar el convertidor.
[0044] El número de convertidores de potencia puede ser un número par de convertidores de potencia. En algunos casos, la mitad de los convertidores de potencia puede estar configurada para generar potencia reactiva y la otra mitad de los convertidores de potencia puede estar configurada para absorber potencia reactiva. El rendimiento de los convertidores para generar/absorber potencia reactiva puede así equilibrarse entre los convertidores de potencia.
[0045] En algunos ejemplos, la turbina eólica puede comprender tres o más convertidores en paralelo que definen una pluralidad de n convertidores. X convertidores pueden ajustarse de manera que los x convertidores seleccionados no generen potencia reactiva. Por lo tanto, pueden seleccionarse n - x convertidores de potencia y configurarse para generar y absorber potencia reactiva. Por ejemplo, en el caso de un sistema compuesto por tres convertidores de potencia, un convertidor de potencia puede generar potencia reactiva y otro convertidor de potencia puede absorber potencia reactiva como se ha descrito anteriormente. El convertidor de potencia restante puede operar simplemente en condiciones normales, es decir, el convertidor no genera ni absorbe potencia reactiva.
[0046] La unidad de control del parque eólico puede estar además adaptada para incluir algoritmos que permitan poner fuera de servicio la turbina eólica si, por ejemplo, ésta no sigue las órdenes de la unidad de control o si la turbina eólica no es capaz de suministrar los valores de potencia reactiva prescritos, o si, por ejemplo, se observan fallos de comunicación, etc.
[0047] En este ejemplo, el sistema 1 puede incluir además una fuente de potencia auxiliar, por ejemplo, un generador diésel (no mostrado). La fuente de potencia auxiliar también puede proporcionarse en la subestación comentada anteriormente. Puede utilizarse cualquier tipo de fuente de potencia auxiliar, pero los generadores diésel son los más comunes. En algunos ejemplos, una única fuente de potencia auxiliar puede ser suficiente para suministrar potencia a todas las turbinas eólicas durante las situaciones de espera. La única fuente de potencia auxiliar puede estar dispuesta en una subestación marina en el caso de un parque eólico marino. En otro ejemplo, una pluralidad de fuentes de potencia auxiliares puede estar dispuesta en la red eléctrica o en la subestación marina. Se puede disponer de una fuente de energía auxiliar para casos de emergencia, por ejemplo, cuando no hay viento para que la turbina eólica opere y no se suministra potencia desde la red.
[0048] La figura 5 ilustra un ejemplo de sistema de potencia eólica que incluye un generador de inducción doblemente alimentado (DFIG) utilizado en ejemplos de los procedimientos según la presente divulgación. El sistema incluye las palas del rotor 120. El sistema puede comprender una caja de engranajes 164 conectada al rotor de la turbina 115 de las palas 120. La caja de engranajes convierte la velocidad relativamente baja del rotor de la turbina eólica en la velocidad relativamente alta de un rotor del generador 70.
[0049] El generador 70 convierte la potencia mecánica en potencia eléctrica. En este ejemplo, el generador es un generador de inducción doblemente alimentado (DFIG) que incluye un devanado de rotor 130 y un devanado de estator 140.
[0050] El DFIG 70 suele estar acoplado a un bus de estator 72 y a un convertidor de potencia 73 a través de un bus de rotor 74. El bus de estator 72 proporciona una potencia polifásica de salida (por ejemplo, potencia trifásica) desde el estator 140 del DFIG y el bus de rotor 74 proporciona una potencia polifásica de salida (por ejemplo, potencia trifásica) desde un rotor 130 del DFIG. La turbina eólica puede estar acoplada además a una unidad de control para controlar el funcionamiento de algunos de los componentes de la turbina eólica, por ejemplo, el DFIG 70 o los convertidores de la turbina eólica. La unidad de control puede ser la misma (o similar) que la descrita anteriormente.
[0051] Según el ejemplo, el DFIG 70 está acoplado a través del bus de rotor 74 a un convertidor dl lado de rotor 76. El convertidor de lado de rotor 76 está acoplado a un convertidor de lado de red 77 que, a su vez, está acoplado a un bus de lado de línea 78. En los ejemplos, el convertidor de lado de rotor 76 y el convertidor de lado de red 77 están configurados para un modo de funcionamiento normal en una disposición trifásica de modulación por ancho de pulso (PWM) que utiliza elementos de conmutación de transistores bipolares de puerta aislada (IGBT). El convertidor de lado de rotor 76 y el convertidor de lado de red 77 pueden estar acoplados a través de un enlace de CC 80.
[0052] Como se ha comentado anteriormente, el convertidor de potencia 73 también puede estar acoplado al sistema de control de la turbina eólica para controlar el funcionamiento del convertidor de lado de rotor y del convertidor de lado de red. En algunos ejemplos, las instrucciones almacenadas en el sistema de control, cuando son ejecutadas por un dispositivo de procesamiento, pueden hacer que el dispositivo de procesamiento realice operaciones, entre ellas, proporcionar órdenes de control (por ejemplo, generar/absorber potencia reactiva) al convertidor de potencia 73, en particular al convertidor de lado de red y al convertidor de lado de rotor.
[0053] El transformador 79 representa un transformador de dos devanados, aunque pueden utilizarse otros transformadores adecuados, como un transformador de tres devanados. El transformador puede estar conectado al convertidor de lado de red a través del bus de línea 78 y al estator del DFIG a través del bus del estator 72. Un devanado primario del transformador puede conectarse además a la red. En los ejemplos que utilizan un transformador de tres devanados, el bus de línea 78 puede estar acoplado a un devanado del transformador, el bus del estator 72 puede estar acoplado a otro devanado del transformador y la red puede estar acoplada a otro devanado del transformador.
[0054] En funcionamiento, la potencia de corriente alterna generada en el DFIG 70 por el rotor giratorio 130 se suministra a través de una ruta dual a la red eléctrica. La doble vía está definida por el bus del estator 72 y el bus del rotor 74. En el lado del bus del rotor, puede suministrarse potencia de corriente alterna (CA) sinusoidal multifásica (por ejemplo, trifásica) al convertidor de potencia 73. El convertidor de potencia de lado de rotor 76 puede convertir la potencia de CA suministrada desde el bus del rotor 74 en potencia de corriente continua (CC) y proporciona la potencia de CC al enlace de CC 80. Los elementos de conmutación (por ejemplo, los IGBT) utilizados en los circuitos de puente paralelo del convertidor de potencia de lado de rotor 76 pueden modularse para convertir la potencia de CA proporcionada desde el bus del rotor 74 en potencia de CC adecuada para el enlace de CC 80.
[0055] El convertidor de lado de red 77 puede convertir la potencia de CC en el enlace de CC 80 en potencia de salida de CA adecuada para la red eléctrica. En particular, los elementos de conmutación (por ejemplo, los IGBT) utilizados en los circuitos de puente del convertidor de potencia de lado de red 77 pueden modularse para convertir la potencia de CC en el enlace de CC 80 en potencia de CA en el bus de lado de línea 78. La potencia de CA del convertidor de potencia 73 puede combinarse con la potencia del estator del DFIG 70 para proporcionar una potencia polifásica (por ejemplo, potencia trifásica), es decir, una potencia activa cuya frecuencia se mantiene sustancialmente en la frecuencia de la red eléctrica (por ejemplo, 50 Hz/60 Hz).
[0056] Pueden incluirse en el sistema diversos disyuntores y conmutadores (no mostrados) para conectar o desconectar los buses correspondientes, por ejemplo, cuando el flujo de corriente es excesivo y puede dañar los componentes del sistema de la turbina eólica o por otras consideraciones operativas. También pueden incluirse componentes de protección adicionales en el sistema de la turbina eólica.
[0057] En diferentes circunstancias, por ejemplo, en caso de pérdida de red, el sistema de control (a nivel del sistema de control y adquisición de datos (SCADA) de un parque eólico o de una turbina eólica) puede generar una señal de control que ordene al convertidor 73 generar potencia reactiva y enviarla al convertidor 73. Como resultado, el convertidor de lado de red 77 del convertidor 73 puede inyectar / generar potencia reactiva en la dirección de la flecha (flecha B).
[0058] Siguiendo el ejemplo, puede generarse otra señal de control que ordene al mismo convertidor 73 que absorba la potencia reactiva a nivel del sistema de control y adquisición de datos (SCADA) comentado anteriormente. El convertidor de lado de rotor 76 del convertidor 73 puede así absorber la potencia reactiva generada por el convertidor de lado de red 77 en la dirección de la flecha (flecha B). En concreto, el estator absorbe la potencia reactiva generada y el convertidor de lado de rotor se utiliza para orientar el generador de forma adecuada.
[0059] La potencia eléctrica suministrada por el generador puede así reducirse debido a un aumento de las pérdidas eléctricas.
[0060] Siguiendo el ejemplo, puede generarse otra señal de control que ordene al mismo convertidor 73 que absorba la potencia reactiva a nivel del sistema de control y adquisición de datos (SCADA) comentado anteriormente. El convertidor de lado de rotor 76 del convertidor 73 puede así absorber la potencia reactiva generada por el convertidor de lado de red 77 en la dirección de la flecha (flecha B).
[0061] En ejemplos alternativos, el convertidor de lado de rotor 76 puede generar potencia eléctrica en la dirección de la flecha (flecha C) y el convertidor de lado de red 77 puede absorber la potencia reactiva generada.
[0062] Cabe señalar que, en una configuración DFIG, el convertidor de lado de red 77 y el convertidor de lado de rotor 76 están conectados a través del transformador 79 y/o del generador 70. Por lo tanto, es evidente que se puede intercambiar potencia reactiva entre el convertidor de lado de red y el convertidor de lado de rotor que forman parte de un único convertidor 73 para aumentar las pérdidas de potencia de la etapa de conversión de la energía. Al igual que antes, ni el generador de la turbina eólica ni la red notarán este intercambio de potencia reactiva interna.
[0063] En otros ejemplos, pueden utilizarse dos o más convertidores de potencia en paralelo (en lugar de un único convertidor) con una configuración DFIG. El funcionamiento de los convertidores para generar/reducir la potencia reactiva incluyendo dos o más convertidores en paralelo puede ser igual o similar al funcionamiento descrito en los ejemplos anteriores.
[0064] A modo de ejemplo, los sistemas descritos anteriormente también pueden utilizarse en cualquier situación en la que se solicite al sistema de turbina eólica que reduzca la generación de potencia activa. Por ejemplo, para un ajuste fino del seguimiento de la potencia o para una reducción muy rápida de la potencia (reducción instantánea de la producción de energía de hasta un 1%), que podría ser un requisito de código de red ("grid code”) en el futuro.
[0065] A este respecto, en otro aspecto, se proporciona un procedimiento para suministrar potencia eléctrica a una red eléctrica. El procedimiento comprende la reducción de la potencia eléctrica activa suministrada a la red mediante el funcionamiento de uno o más convertidores de potencia para generar potencia reactiva y, el funcionamiento de uno o más convertidores de potencia para absorber la potencia reactiva generada.
[0066] En funcionamiento normal, la potencia eléctrica generada por el generador es transformada por el transformador principal y se introduce en la red con una línea eléctrica.
[0067] En otras circunstancias, por ejemplo, en caso de que un operador de la red solicite la reducción de la potencia activa, un control puede tener como objetivo reducir la potencia eléctrica suministrada por la turbina eólica a la red. Al igual que antes, una señal de control que ordene al convertidor generar (una cantidad adicional de) potencia reactiva puede ser generada por el sistema de control, por ejemplo, a nivel del sistema de control y adquisición de datos (SCADA), y puede ser enviada a los convertidores. Así, los convertidores pueden operar para inyectar / generar potencia reactiva.
[0068] El sistema de control puede generar otra señal de control que ordene a los convertidores absorber (la misma cantidad adicional de) potencia reactiva, por ejemplo, de nuevo a nivel del sistema de control y adquisición de datos (SCADA). Así, los convertidores pueden operar para absorber la potencia reactiva generada. Con esta disposición, la potencia eléctrica activa suministrada a la red puede reducirse en respuesta a una petición (de un operador de la red) de reducir la producción de potencia activa. Además, el control sobre el convertidor puede lograr ese efecto de reducción de la potencia activa suministrada a la red de forma relativamente rápida.
[0069] Los procedimientos para reducir la potencia activa suministrada a la red pueden llevarse a cabo de las mismas formas y con las mismas topologías de generador-convertidor que las explicadas para los procedimientos de control de la potencia activa suministrada a los componentes de la turbina eólica directamente desde el generador de la misma.
[0070] La figura 6 es una ilustración de un diagrama de bloques que describe un ejemplo de procedimiento para suministrar potencia eléctrica a uno o más componentes de la turbina eólica.
[0071] Puede proporcionarse un sistema para suministrar potencia eléctrica a uno o más componentes de la turbina eólica. En particular, el sistema puede comprender una turbina eólica que incluya un generador, un buje de rotor con una pluralidad de palas, estando el buje configurado para accionar un rotor del generador de la turbina eólica. El sistema puede comprender además un transformador principal para conectar el generador de turbina eólica a una red, y uno o más convertidores de potencia dispuestos entre el generador y un punto de conexión al transformador principal, en el que cada uno de los convertidores comprende un convertidor de lado de red acoplado eléctricamente al transformador y un convertidor de lado de máquina acoplado eléctricamente al generador.
[0072] En el bloque 600, el generador de la turbina eólica puede suministrar potencia eléctrica a los componentes eléctricos de la turbina eólica. Esta operación puede realizarse, por ejemplo, en caso de que se detecte una caída de la potencia eléctrica suministrada desde la red eléctrica. Esto puede implicar que la conexión con la red eléctrica se pierda, por ejemplo, durante un mantenimiento planificado o durante el funcionamiento normal en caso de un problema en la red.
[0073] En algunos ejemplos, la detección de la caída del suministro de potencia comprende la detección de una caída del suministro de potencia mediante un voltímetro.
[0074] El voltímetro puede utilizarse para detectar el suministro de potencia eléctrica de la red, es decir, mientras haya una tensión, la red suministra potencia eléctrica. En disposiciones alternativas, puede utilizarse algún otro dispositivo adecuado para detectar la presencia de suministro de potencia en la red eléctrica.
[0075] En algunos ejemplos, para detectar la caída de la potencia eléctrica suministrada desde la red eléctrica, la caída de tensión puede mantenerse durante, por ejemplo, 30 minutos o 1 hora. Además, la detección de la caída de la potencia eléctrica puede estar respaldada por una señal adicional de la subestación marina que indique, por ejemplo, que se está produciendo una pérdida de red.
[0076] La detección de una caída de potencia puede hacerse a nivel central, por ejemplo, en un SCADA de una turbina eólica individual de un parque eólico. Alternativamente, la detección de una caída de potencia puede hacerse a nivel local de una turbina eólica.
[0077] En el bloque 601, uno o varios de los convertidores de potencia pueden operar para generar potencia reactiva.
[0078] En el bloque 602, uno o varios de los convertidores de potencia pueden operar para absorber la potencia reactiva generada por los convertidores de potencia en el bloque 601.
[0079] La potencia reactiva circula así entre los convertidores de potencia. Como resultado, aumentan las pérdidas de potencia en la etapa de conversión de energía y se reduce la potencia eléctrica suministrada por el generador a los componentes eléctricos de la turbina eólica.
[0080] En un primer aspecto, se proporciona un procedimiento para suministrar potencia eléctrica a uno o más componentes de una turbina eólica. El procedimiento comprende: suministrar potencia eléctrica a los componentes de la turbina eólica mediante un generador de turbina eólica. El procedimiento comprende además controlar la potencia eléctrica activa suministrada a los componentes mediante el funcionamiento de uno o más convertidores de potencia para generar potencia reactiva. A continuación, uno o varios convertidores de potencia más son operados para absorber la potencia reactiva generada por los convertidores de potencia.
[0081] En algunos ejemplos, el funcionamiento de uno o más convertidores de potencia para generar potencia reactiva y absorberla comprende la reducción de la potencia eléctrica activa suministrada a una barra colectora.
[0082] En algunos ejemplos, el procedimiento puede realizarse en caso de que se detecte una caída de potencia eléctrica suministrada desde la red eléctrica.
[0083] En algunos ejemplos, el generador es un generador de inducción doblemente alimentado que comprende un rotor y un estator, la turbina eólica comprende además un transformador principal para conectar el generador de la turbina eólica a una red, donde los convertidores de potencia están dispuestos entre el generador de la turbina eólica y un punto de conexión al transformador principal, en el que cada uno de los convertidores comprende un convertidor de lado de red acoplado eléctricamente al transformador principal y un convertidor de lado de máquina acoplado eléctricamente al rotor del generador, un bus de estator para conectar el estator del generador y el transformador principal, uno o más buses de rotor para conectar el rotor del generador y los convertidores, y uno o más buses de lado de línea para conectar los convertidores y un punto de conexión a un transformador principal.
[0084] En caso de que el generador sea un generador de inducción doblemente alimentado 70, la turbina eólica puede comprender un único convertidor de potencia 73. En este ejemplo, el funcionamiento de la turbina eólica para generar y absorber potencia reactiva comprende: operar uno de los convertidores de lado de máquina 76 y de lado de red 77 para generar potencia reactiva de manera que disminuya la potencia eléctrica suministrada por el generador 70, y operar el otro de los convertidores de lado de red 77 y de lado de máquina 76 para absorber la potencia reactiva generada.
[0085] En algunos ejemplos, en lugar de un generador de inducción doblemente alimentado, el generador es un generador síncrono 162, por ejemplo un generador síncrono de imanes permanentes; la turbina eólica comprende además un transformador principal 6 para conectar el generador de turbina eólica 162 a una red, en el que los convertidores de potencia 10, 11 están dispuestos entre el generador de turbina eólica 162 y un punto de conexión al transformador principal 6, en el que cada uno de los convertidores 10, 11 comprende un convertidor de lado de red 14 acoplado eléctricamente al transformador principal 6 y un convertidor de lado de máquina 13 acoplado eléctricamente al generador de turbina eólica 162, un primer bus para conectar el generador de turbina eólica 162 y los convertidores 10, 11 y un segundo bus para conectar los convertidores 10, 11 y el transformador principal 6.
[0086] En algunos ejemplos, la turbina eólica comprende dos o más convertidores en paralelo 10, 11. En este ejemplo, el funcionamiento de los convertidores de potencia para generar y absorber la potencia reactiva comprende: operar uno o varios de los convertidores de potencia 10 para generar potencia reactiva utilizando un convertidor de lado de red 14 de los convertidores de potencia 10, operar uno o varios de los otros convertidores de potencia 11 para absorber la potencia reactiva generada utilizando el convertidor de lado de red de los convertidores de potencia.
[0087] El número de convertidores de potencia 10, 11 puede ser un número par, y el procedimiento comprende además: operar la mitad de los convertidores de potencia 10 para generar potencia reactiva, y operar la otra mitad de los convertidores de potencia 11 para absorber potencia reactiva.
[0088] En el caso de que la turbina eólica comprenda n convertidores de potencia en paralelo, el funcionamiento de los convertidores de potencia para generar y absorber potencia reactiva comprende: seleccionar un número de x convertidores que no generan ni absorben potencia reactiva, y seleccionar n -x convertidores de potencia para generar y absorber potencia reactiva.
[0089] Además, la turbina eólica puede comprender además un accionamiento de pitch de las palas, el procedimiento comprende antes de entregar la potencia eléctrica a los componentes eléctricos de la turbina eólica por el generador de la turbina eólica: ajustar el pitch de las palas del rotor de manera que el eje del rotor comience a girar y ajustar el pitch de las palas del rotor para reducir la potencia eléctrica suministrada por el generador.
[0090] En algunos ejemplos, operar uno o más de los convertidores de potencia para generar potencia reactiva comprende: detectar una potencia eléctrica suministrada a los componentes eléctricos comparando la potencia eléctrica suministrada a los componentes eléctricos con una potencia eléctrica adecuada para los componentes eléctricos, y si la potencia eléctrica suministrada está por encima de la potencia eléctrica adecuada para los componentes eléctricos, operar los convertidores de potencia para generar y absorber potencia reactiva de manera que la potencia suministrada por el generador disminuya.
[0091] En algunos ejemplos, operar uno o más de los convertidores de potencia para generar potencia reactiva comprende la determinación de una cantidad de potencia reactiva que debe ser generada por los convertidores de potencia de acuerdo con una o más variables medidas del generador, por ejemplo, la potencia eléctrica recibida por los componentes eléctricos y/o la potencia eléctrica generada por el generador.
[0092] En un aspecto, se proporciona un procedimiento para proporcionar potencia eléctrica a uno o más componentes de una turbina eólica. La turbina eólica comprende un generador, un buje de rotor con una pluralidad de palas del rotor, estando el buje configurado para accionar un rotor del generador de la turbina eólica. La turbina eólica comprende además un transformador principal para conectar el generador de la turbina eólica a una red, y uno o más convertidores de potencia dispuestos entre el generador y un punto de conexión al transformador principal, en el que cada uno de los convertidores comprende un convertidor de lado de red acoplado eléctricamente al transformador y un convertidor de lado de máquina acoplado eléctricamente al generador. El procedimiento comprende: suministrar potencia eléctrica a los componentes eléctricos de la turbina eólica mediante el generador de la turbina eólica. El procedimiento comprende además operar uno o más de los convertidores de potencia para generar potencia reactiva. A continuación, uno o varios de los otros convertidores de potencia son operados para absorber la potencia reactiva generada por los convertidores de potencia de forma que la salida de potencia eléctrica activa hacia una barra colectora disminuya. Esto se ilustra en la figura 6.
[0093] En algunos ejemplos, el procedimiento puede realizarse en caso de que se detecte una caída de potencia eléctrica suministrada desde la red eléctrica (y antes de suministrar potencia eléctrica a los componentes eléctricos de la turbina eólica por el generador de la turbina eólica).
[0094] En algunos ejemplos, el generador es un generador de inducción doblemente alimentado 70 que comprende un rotor 130 y un estator 140. La turbina eólica comprende además un bus de estator 72 para conectar el estator del generador y el transformador principal, uno o más buses de rotor 74 para conectar el rotor del generador y los convertidores 73, en los que cada uno de los convertidores 73 comprende un convertidor de lado de máquina 76 acoplado eléctricamente al rotor 130 del generador, y uno o más buses de lado de línea 78 para conectar los convertidores 73 y un punto de conexión al transformador principal 79. Puede hacerse referencia a la figura 5.
[0095] En caso de que el generador sea un generador de inducción doblemente alimentado 70, la turbina eólica puede comprender un único convertidor de potencia 73. En este ejemplo, la operación de la turbina eólica para generar y absorber potencia reactiva comprende: operar uno de los convertidores de lado de máquina 76 y del convertidor de lado de red 77 para generar potencia reactiva de manera que disminuya la potencia eléctrica suministrada por el generador 70, y operar el otro convertidor de lado de red 77 o del convertidor de lado de máquina 76 para absorber la potencia reactiva generada.
[0096] En otros ejemplos, en lugar de un generador de inducción doblemente alimentado, el generador es un generador síncrono 162, por ejemplo, un generador síncrono de imanes permanentes; la turbina eólica comprende además: un primer bus para conectar el generador y los convertidores y un segundo bus para conectar los convertidores y el transformador 6. Se puede hacer referencia a las figuras 3 y 4.
[0097] En otro aspecto, se proporciona un procedimiento para suministrar potencia eléctrica a uno o más componentes de una turbina eólica. El procedimiento comprende: suministrar potencia eléctrica a los componentes de la turbina eólica mediante un generador de turbina eólica. El procedimiento comprende además operar uno o más convertidores de potencia para generar potencia reactiva. A continuación, se opera uno o más convertidores de potencia para absorber la potencia reactiva generada por los convertidores de potencia, en el que una cantidad de potencia reactiva absorbida por los convertidores de potencia es sustancialmente similar a la cantidad de potencia reactiva generada por los convertidores de potencia.
[0098] En algunos ejemplos, el generador es un generador de inducción doblemente alimentado que comprende un rotor y un estator, la turbina eólica comprende además un transformador principal para conectar el generador de la turbina eólica a una red, en el que los convertidores de potencia están dispuestos entre el generador de la turbina eólica y un punto de conexión al transformador principal, en el que cada uno de los convertidores comprende un convertidor de lado de red acoplado eléctricamente al transformador principal y un convertidor de lado de máquina acoplado eléctricamente al rotor del generador, un bus de estator para conectar el estator del generador y el transformador principal, uno o más buses de rotor para conectar el rotor del generador y los convertidores, y uno o más buses de lado de línea para conectar los convertidores y un punto de conexión a un transformador principal.
[0099] En algunos ejemplos, el generador es un generador síncrono, la turbina eólica comprende además: un transformador principal para conectar el generador de turbina eólica a una red, en el que los convertidores de potencia están dispuestos entre el generador de turbina eólica y un punto de conexión al transformador principal, en el que cada uno de los convertidores comprende un convertidor de lado de red acoplado eléctricamente al transformador principal y un convertidor de lado de máquina acoplado eléctricamente al generador de turbina eólica, un primer bus para conectar el generador de turbina eólica y un segundo bus para conectar los convertidores y el transformador principal.
[0100] Esta descripción escrita utiliza ejemplos para divulgar la invención, incluyendo las realizaciones preferentes, y también para permitir a cualquier persona experta en la materia practicar la invención, incluyendo la fabricación y el uso de cualquier dispositivo o sistema y la realización de cualquier procedimiento incorporado. El alcance patentable de la invención está definido por las reivindicaciones, y puede incluir otros ejemplos que se les ocurran a los expertos en la materia.
[0101] Si los signos de referencia relacionados con los dibujos se colocan entre paréntesis en una reivindicación, son únicamente para intentar aumentar la inteligibilidad de la reivindicación, y no se interpretarán como una limitación del alcance de la reivindicación.

Claims (14)

REIVINDICACIONES
1. Un procedimiento para suministrar potencia eléctrica a uno o más componentes (8) de una turbina eólica, la turbina eólica comprendiendo un generador de turbina eólica (70) conectado a una red a través de un transformador principal (79), estando uno o más convertidores de potencia dispuestos entre el generador de turbina eólica (70) y un punto de conexión al transformador principal (79), en el que cada uno de los convertidores de potencia comprende un convertidor de lado de red acoplado eléctricamente al transformador y un convertidor de lado de máquina acoplado eléctricamente al generador, el procedimiento caracterizado por:
detectar una caída de potencia de suministro desde la red;
suministrar potencia eléctrica a los componentes (8) de la turbina eólica mediante el aerogenerador (162, 70) de la turbina eólica cuando se detecta la caída del suministro de potencia desde la red; controlar la potencia eléctrica activa suministrada a los componentes en caso de que se detecte la caída de potencia suministrada desde la red, operando un primer de la pluralidad de convertidores (10, 11, 73) para aumentar la potencia reactiva capacitiva en una cantidad, y operar un segundo de la pluralidad de convertidores (10, 11, 73) para aumentar la potencia reactiva inductiva en una cantidad sustancialmente igual.
2. Un procedimiento según la reivindicación 1, que comprende reducir la potencia eléctrica activa suministrada a una barra colectora.
3. Un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 - 2, en el que el generador es un generador de inducción doblemente alimentado (70) que comprende un rotor (130) y un estator (140),
y cada uno de los convertidores (73) comprende un convertidor de lado de red (77) acoplado eléctricamente al transformador principal y un convertidor de lado de máquina (76) acoplado eléctricamente al rotor (130) del generador,
un bus de estator (72) para conectar el estator (140) del generador (70) y el transformador principal (79), uno o más buses de rotor (74) para conectar el rotor (130) del generador (70) y los convertidores (73), y uno o más buses de lado de línea (78) para conectar los convertidores (73) y un punto de conexión con el transformador principal (79).
4. Un procedimiento según la reivindicación 3, en el que la turbina eólica comprende un único convertidor de potencia (73), en el que operar el convertidor de potencia para generar y absorber potencia reactiva comprende:
operar uno de los convertidores de lado de máquina (76) y de lado de red (77) para aumentar la potencia reactiva capacitiva de manera que disminuya la potencia eléctrica suministrada por el generador (70), y operar el otro del convertidor de lado de red (77) y del convertidor de lado de máquina (76) para aumentar la potencia reactiva inductiva.
5. Un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 - 2, en el que el generador es un generador síncrono (162), y en el que cada uno de los convertidores (10, 11) comprende un convertidor de lado de red (14) acoplado eléctricamente al transformador principal (6) y un convertidor de lado de máquina (13) acoplado eléctricamente al generador de la turbina eólica (162),
un primer bus para conectar el generador de la turbina eólica (162) y los convertidores (10, 11) y un segundo bus para conectar los convertidores (10, 11) y el transformador principal (6).
6. Un procedimiento según la reivindicación 5, en el que el generador es un generador síncrono de imanes permanentes.
7. Un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 - 3 o 5 - 6, en el que la turbina eólica comprende dos o más convertidores de potencia en paralelo (10, 11).
8. Un procedimiento según la reivindicación 7, en el que
un convertidor de lado de red de los convertidores de potencia en paralelo aumenta la potencia reactiva capacitiva, y
otro convertidor de lado de red de los convertidores de potencia en paralelo aumenta la potencia reactiva inductiva.
9. Un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 7 - 8, en el que el número de convertidores de potencia (10, 11) es un número par, el procedimiento comprendiendo además:
operar la mitad de los convertidores de potencia para aumentar la potencia reactiva capacitiva, y operar la otra mitad de los convertidores de potencia para aumentar la potencia reactiva inductiva.
10. Un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 - 3 o 5 - 8, en el que la turbina eólica comprende n convertidores de potencia en paralelo, y que comprende además:
operar un número x de convertidores para no aumentar o disminuir la potencia reactiva capacitiva, y operar n - x convertidores de potencia para aumentar o disminuir la potencia reactiva.
11. Un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 -10, en el que la turbina eólica comprende además un accionamiento de pitch de las palas, el procedimiento comprende antes de suministrar potencia eléctrica a los componentes eléctricos de la turbina eólica por el generador de turbina eólica:
ajustar el pitch de las palas de rotor de forma que el eje de rotor comience a girar.
12. Un procedimiento según la reivindicación 11, el procedimiento comprendiendo además:
ajustar el pitch de las palas de rotor para reducir la potencia eléctrica suministrada por el generador.
13. Un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 -12, que comprende:
detectar una potencia eléctrica suministrada a los componentes eléctricos (8),
comparar la potencia eléctrica suministrada a los componentes eléctricos (8) con una potencia eléctrica adecuada para los componentes eléctricos, y
si la potencia eléctrica suministrada está por encima de la potencia eléctrica adecuada para los componentes eléctricos (8), operar un primero de una pluralidad de convertidores (10, 11, 73) para aumentar la potencia reactiva capacitiva, y operar un segundo de la pluralidad de convertidores (10, 11, 73) para aumentar la potencia reactiva inductiva de manera que la potencia suministrada por el generador (10, 11, 73) disminuya.
14. Un procedimiento según la reivindicación 1-13, que comprende además:
determinar una cantidad de potencia reactiva a ser generada por los convertidores (10, 11, 73) en función de una o varias variables medidas del generador.
ES17382889T 2017-12-22 2017-12-22 Procedimientos para suministrar potencia eléctrica a componentes de turbina eólica Active ES2935971T3 (es)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP17382889.8A EP3503381B1 (en) 2017-12-22 2017-12-22 Methods for providing electrical power to wind turbine components

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2935971T3 true ES2935971T3 (es) 2023-03-13

Family

ID=60782157

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES17382889T Active ES2935971T3 (es) 2017-12-22 2017-12-22 Procedimientos para suministrar potencia eléctrica a componentes de turbina eólica

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP3503381B1 (es)
ES (1) ES2935971T3 (es)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112881820B (zh) * 2019-11-29 2024-05-24 西门子歌美飒可再生能源创新与技术有限公司 电力系统和执行风力涡轮机的电力系统的测试过程的方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9513614B2 (en) * 2013-09-11 2016-12-06 General Electric Company Auxiliary electric power system and method of regulating voltages of the same
DE102013222452A1 (de) * 2013-11-05 2015-05-07 Wobben Properties Gmbh Verfahren zum Betreiben einer Windenergieanlage

Also Published As

Publication number Publication date
EP3503381A1 (en) 2019-06-26
EP3503381B1 (en) 2022-10-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2902411T3 (es) Sistema de control de pitch de turbina eólica
ES2865053T3 (es) Procedimiento y aparato para controlar una turbina eólica
US8018082B2 (en) Method and apparatus for controlling a wind turbine
JP6316345B2 (ja) 風力タービンの電力変換器により供給される交流出力電圧信号の周波数に基づく風力タービンの運転
CN114930711B (zh) 用于为双馈风力涡轮发电机提供电网形成控制的系统和方法
ES2802821T3 (es) Sistema de energía eléctrica auxiliar y procedimiento de regulación de voltajes del mismo
ES2930429T3 (es) Sistema y procedimiento para operar un parque eólico durante bajas velocidades del viento
ES2895930T3 (es) Sistema y procedimiento para hacer funcionar un sistema de generación de potencia en un modo de almacenamiento/descarga de potencia o un modo de freno dinámico
US20130234435A1 (en) Method and systems for operating a wind turbine
BR102015012643A2 (pt) método para controlar um sistema de geração de potência e sistemas para controlar um sistema de geração de potência e de turbina eólica conectado a uma rede fraca
ES2968033T3 (es) Sistemas de potencia eléctrica que tienen componentes de potencia reactiva y soporte de armónicos
US20150001848A1 (en) Wind Turbine Generation System
ES2983995T3 (es) Capacidad de paso en funcionamiento por múltiples caídas de tensión mejorada para central de generación de energía renovable con sistema de almacenamiento de batería
ES2974275T3 (es) Control y funcionamiento de un convertidor de potencia
ES3048695T3 (en) Electrical power systems having zig-zag transformers
ES2911682T3 (es) Procedimientos y sistemas para controlar un convertidor de potencia
ES2994700T3 (en) System and methods to address tower damping in a grid forming power generating asset
ES2999160T3 (en) Wind turbine system and method for controlling a wind turbine system by power monitoring
ES2930007T3 (es) Un procedimiento para operar una turbina eólica y de una turbina eólica que comprende un generador en caso de caída de tensión
ES2880702T3 (es) Sistema y procedimiento para minimizar la corriente de sobretensión de entrada durante el arranque de un sistema de energía eléctrica
ES3008833T3 (en) Power angle feedforward signal for phase locked loop in wind turbine power systems
ES2963849T3 (es) Sistema y procedimiento para operar un sistema de potencia de una turbina eólica en base a análisis estadístico de datos operativos y/o de red del mismo
ES2948202T3 (es) Sistema y procedimiento para el control coordinado de la potencia reactiva de un generador y un dispositivo de compensación de potencia reactiva en un sistema de turbina eólica
ES2994945T3 (en) A method for operating a wind farm and a wind farm
ES3058482T3 (en) Systems and methods for isolating faults in electrical power systems connected to a power grid