ES3055877T3

ES3055877T3 - Charging of an energy storage system of a wind turbine

Info

Publication number: ES3055877T3
Application number: ES23700067T
Authority: ES
Inventors: Samuel Hawkins; Gustav Hoegh; Dennis Stachniuk Jensen
Original assignee: Siemens Gamesa Renewable Energy AS
Current assignee: Siemens Gamesa Renewable Energy AS
Priority date: 2022-01-07
Filing date: 2023-01-05
Publication date: 2026-02-16
Anticipated expiration: 2043-01-05
Also published as: EP4430720B1; WO2023131635A1; US20250158443A1; US12395003B2; EP4430720A1

Abstract

Se proporciona un método para cargar un sistema de almacenamiento de energía (30) de una turbina eólica (100). La turbina eólica (100) comprende un sistema de generación de energía (20) y una interfaz de suministro de energía (110) para suministrar la energía generada a un sistema externo (120, 200) externo a la turbina eólica (100). El método comprende obtener un límite de potencia máxima (402) al que se limita la energía eléctrica suministrada al sistema externo (120, 200) a través de la interfaz de suministro de energía (110); monitorizar la cantidad de energía eléctrica suministrada desde el sistema de generación de energía (20) a la interfaz de suministro de energía (110) o la cantidad de energía que genera el sistema de generación de energía (20); y determinar si se cumple una condición predefinida. Si se cumple la condición predefinida, el sistema de alimentación (10) del aerogenerador (100) se activa en modo de carga, donde la energía eléctrica generada por dicho sistema de generación (20), además de una primera cantidad de energía eléctrica, se suministra desde el sistema de generación (20) al sistema de almacenamiento de energía (30) para cargarlo. La primera cantidad corresponde preferiblemente a la potencia nominal del aerogenerador. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN

[0002] Carga de un sistema de almacenamiento de energía de una turbina eólica

[0003] Campo de la invención

[0004] La presente invención se refiere a un método para cargar un sistema de almacenamiento de energía de una turbina eólica, a un sistema de control respectivo que realiza dicho método y a un programa informático que comprende instrucciones de control para llevar a cabo dicho método.

[0005] Antecedentes

[0006] Una turbina eólica generalmente convierte la energía eólica en energía mecánica rotacional usando un rotor de turbina eólica que comprende palas de rotor aerodinámicas y un eje giratorio, en donde la energía mecánica rotacional se convierte en energía eléctrica mediante un generador. La energía eléctrica se acondiciona entonces usando un sistema de acondicionamiento de energía, que puede comprender convertidores de frecuencia de alta energía. La energía eléctrica generada se suministra luego a una red de energía eléctrica o a un consumidor eléctrico.

[0007] Es conocido el suministro de sistemas de almacenamiento eléctrico en turbinas eólicas. Por ejemplo, dicho sistema de almacenamiento puede proporcionarse en forma de una Uninterruptable Power Supply (Fuente de energía ininterrumpida - UPS) que puede mantener operativos ciertos componentes de la turbina eólica en caso de una parada de la turbina eólica y/o un corte de energía. Además, se ha propuesto almacenar la energía eléctrica generada por las turbinas eólicas en grandes sistemas de almacenamiento de energía que, por ejemplo, pueden ser fundamentales para un parque eólico. Dichos sistemas pueden usarse, por ejemplo, para almacenar el exceso de energía y entregar energía a la red eléctrica en caso de una alta demanda de energía, proporcionando así de manera efectiva un amortiguador de energía eléctrica para la red eléctrica que estabiliza la red.

[0008] La carga de estos sistemas de almacenamiento de energía se produce generalmente redirigiendo la energía eléctrica producida por la turbina eólica al dispositivo de almacenamiento respectivo, o extrayendo energía de la red eléctrica externa. Es deseable hacer que un sistema respectivo sea más eficiente desde el punto de vista energético y, en particular, aumentar la cantidad de energía eléctrica que se puede suministrar a la red eléctrica. Por ejemplo, al extraer energía de la red eléctrica para cargar el dispositivo de almacenamiento, la cantidad neta de energía eléctrica suministrada a la red se reduce de manera efectiva. Además, si la energía se devuelve más tarde descargando el sistema de almacenamiento de energía, la conversión de energía y las pérdidas óhmicas dan como resultado un déficit neto. Por lo tanto, es deseable cargar un sistema de almacenamiento de energía de manera que se reduzca la pérdida de energía que finalmente suministra una turbina eólica a una carga o consumidor.

[0009] El documento US-2011/0077786 A1 describe un aparato de medición neta para un sistema de generación de energía, en donde durante los períodos en los que la energía generada por el sistema de generación de energía supera un límite de energía deseado o legal, el aparato de medición neta dirige el exceso de energía al sistema de almacenamiento. El documento US-2019/0074709 A1 describe una fuente de suministro de energía renovable que genera energía eléctrica y un aparato de control de energía que almacena una cantidad de energía que supera una instrucción de límite superior de salida recibida de una compañía eléctrica en un aparato de almacenamiento de energía.

[0010] Resumen

[0011] En consecuencia, existe la necesidad de mitigar al menos algunos de los inconvenientes mencionados anteriormente y de aumentar la cantidad de energía eléctrica que puede suministrar una turbina eólica con un sistema de almacenamiento de energía asociado a un sistema externo, por ejemplo, una carga.

[0012] Esta necesidad se satisface por las funciones de las reivindicaciones independientes.

[0013] Las reivindicaciones dependientes describen realizaciones y/o ejemplos de la invención.

[0014] Se observa aquí que los denominados aspectos, ejemplos o realizaciones de la presente descripción no pertenecen necesariamente al alcance de protección de la invención. La invención se define únicamente por las características de las reivindicaciones independientes 1, 14 y 15. Las realizaciones preferidas se definen en las reivindicaciones dependientes. Según un primer aspecto, se proporciona un método para cargar un sistema de almacenamiento de energía de una turbina eólica. La turbina eólica comprende un sistema de generación de energía para generar energía eléctrica y una interfaz de suministro de energía para entregar la energía eléctrica generada a un sistema externo que es externo a la turbina eólica. El método comprende obtener un límite máximo de energía al que se limita la energía eléctrica suministrada al sistema externo a través de la interfaz de suministro de energía; monitorizar al menos una cantidad de energía eléctrica proporcionada desde el sistema de generación de energía a la interfaz de suministro de energía o una cantidad de energía generable por el sistema de generación de energía; determinar si se cumple una condición predefinida, en donde determinar que se cumple la condición predefinida requiere al menos determinar, basándose en la monitorización, que la cantidad de energía que puede generar el sistema de generación de energía (en las condiciones ambientales imperantes) es mayor que la primera cantidad de energía eléctrica requerida para suministrar energía eléctrica a través de la interfaz de suministro de energía eléctrica al límite máximo de energía; y, si se cumple la condición predefinida, operar un sistema de energía de la turbina eólica en un modo de carga en donde la energía eléctrica generada por el sistema de generación de energía además de la primera cantidad de energía eléctrica se suministra desde el sistema de generación de energía al sistema de almacenamiento de energía para cargar el sistema de almacenamiento de energía.

[0016] Mediante dicho sistema, la energía eléctrica libre que puede generarse por el sistema de generación de energía en exceso de la energía eléctrica máxima suministrada a la interfaz de suministro puede usarse, por lo tanto, para cargar el sistema de almacenamiento de energía. Por lo tanto, cargar el sistema de almacenamiento de energía puede no tener un efecto negativo en la cantidad de energía que suministra la turbina eólica al sistema externo, que puede ser, por ejemplo, una red colectora, una red eléctrica, otro tipo de carga o similares. Un margen relativamente pequeño por encima de la primera cantidad de energía eléctrica puede ser suficiente y puede usarse para cargar el sistema de almacenamiento de energía. Tan pronto como se genere más de la primera cantidad, puede comenzar la carga, por ejemplo. Cuando no se cumple la primera condición, el sistema de energía puede funcionar en un modo inactivo en el que el sistema de almacenamiento de energía está en un estado inactivo, o en un modo de descarga en donde la energía se descarga del sistema de almacenamiento de energía (por ejemplo, en los casos en los que se puede suministrar energía adicional al sistema externo o puede no haber suficiente energía disponible para operar los sistemas auxiliares de la turbina eólica). En consecuencia, el sistema de almacenamiento de energía no puede cargarse si la generación de energía es inferior a la primera cantidad; al evitar dicha carga, se puede evitar la pérdida de energía eléctrica proporcionada a la interfaz de suministro de energía.

[0018] Opcionalmente, la turbina eólica puede configurarse para emitir una cantidad máxima de energía a través de la interfaz de suministro de energía que corresponde a una energía nominal de la turbina eólica. Dicha cantidad máxima de energía, es decir, la energía nominal de salida de la turbina eólica, puede determinarse mediante la configuración física de la turbina eólica, por ejemplo, mediante la capacidad máxima de salida eléctrica nominal de la turbina eólica (también puede denominarse energía de salida nominal máxima). El sistema de generación de energía puede configurarse para generar al menos una primera cantidad de energía eléctrica que corresponda a la energía nominal de la turbina eólica en la interfaz de suministro de energía y una segunda cantidad de energía eléctrica que supere la primera cantidad. Por lo tanto, el sistema de generación de energía puede tener una capacidad general que le permita generar la segunda cantidad de energía además de la primera cantidad de energía. Opcionalmente, el límite máximo de energía en la interfaz de suministro de energía puede corresponder a la energía nominal de la turbina eólica. En consecuencia, el modo de carga solo puede introducirse si la energía generada por el sistema de generación de energía excede la primera cantidad de energía requerida para proporcionar una energía de salida en la interfaz de suministro de energía que corresponde a la energía nominal de la turbina eólica. Por lo tanto, la carga puede producirse mientras la turbina eólica sigue suministrando energía a su energía nominal. De este modo, se puede evitar la pérdida de energía de salida debido a la carga.

[0020] La determinación de que se cumple la condición predefinida puede comprender determinar que se cumplen uno o más requisitos adicionales además del primer requisito mencionado anteriormente. Por ejemplo, un requisito adicional puede ser que el sistema de almacenamiento de energía no esté por encima de un estado de carga predeterminado (por ejemplo, no esté completamente cargado) y/o que la cantidad de energía eléctrica generada además de la primera cantidad sea lo suficientemente alta para comenzar a cargarse (por ejemplo, por encima de un umbral mínimo); y/o que se genere más de la primera cantidad durante un período de tiempo predeterminado (por ejemplo, para evitar cambios frecuentes del modo de funcionamiento); o similares.

[0022] La monitorización puede producirse, por ejemplo, recibiendo la información respectiva de un controlador, por ejemplo, un controlador de turbina eólica, o de una unidad de medición proporcionada en la turbina eólica, o similares. El sistema de energía de la turbina eólica puede comprender el sistema de generación de energía, el sistema de almacenamiento de energía y/o la interfaz de suministro de energía; puede comprender componentes adicionales, tales como conmutadores y/o convertidores para controlar el flujo de energía desde el sistema de generación de energía al sistema de almacenamiento. El funcionamiento del sistema de energía en el modo de carga puede producirse, por ejemplo, controlando un convertidor de energía del sistema de almacenamiento de energía para cargar el sistema de almacenamiento de energía, o controlando otros componentes del sistema de energía para desviar la energía eléctrica al sistema de almacenamiento de energía para su carga.

[0024] En un ejemplo, determinar que la cantidad de energía que puede generar el sistema de generación de energía es mayor que la primera cantidad comprende determinar que la cantidad de energía eléctrica suministrada a la interfaz de suministro de energía (abreviada como “interfaz de suministro”) está en o cerca del límite de energía máxima. Como ejemplo, se puede determinar que la energía de salida a través de la interfaz de suministro aumenta y alcanza el límite máximo de energía, tras lo cual se puede determinar que la cantidad de energía que puede generar el sistema de generación de energía es mayor que la primera cantidad, de modo que la operación puede pasar al modo de carga y se puede generar energía eléctrica adicional para cargar el dispositivo de almacenamiento de energía sin afectar negativamente a la salida de energía a través de la interfaz de suministro. Se puede determinar adicional o alternativamente que se puede generar una cantidad respectiva de energía determinando que el sistema de generación de energía genera una cantidad respectiva de energía.

[0026] Por ejemplo, la determinación de que la cantidad de energía que puede generar el sistema de generación de energía es mayor que la primera cantidad (en particular comprende al menos la primera cantidad y la segunda cantidad) puede emplear (o puede basarse en) la cantidad monitorizada de energía eléctrica proporcionada a la interfaz de suministro de energía (por ejemplo, para estimar si la cantidad de energía generable es mayor que la primera cantidad) y/o puede emplear (directamente) la cantidad monitorizada de energía que puede generar el sistema de generación de energía. Basándose en la monitorización de uno o ambos de estos parámetros, se puede determinar si la cantidad de energía que puede generar el sistema de generación de energía es mayor que la primera cantidad, en particular corresponde a al menos la primera cantidad y a una segunda cantidad que supera la primera cantidad. Por ejemplo, se puede estimar que la cantidad de energía generable es mayor que la primera cantidad si se detecta que la cantidad de energía eléctrica proporcionada a la interfaz de suministro de energía primero aumenta y luego alcanza el límite de energía máxima.

[0027] Operar en el modo de carga puede comprender además suministrar, desde el sistema de generación de energía, energía eléctrica en o cerca del límite máximo de energía a la interfaz de suministro de energía. En algunas situaciones, pueden producirse fluctuaciones de la salida de energía, por ejemplo, menos del 10 %, el 5 %, el 2 % o el 1 % de la energía de salida, y dichas fluctuaciones pueden estar comprendidas en el funcionamiento en o cerca del límite de energía máxima.

[0028] En el modo de carga, el sistema de generación de energía puede generar la primera cantidad de energía eléctrica que se suministra a la interfaz de suministro de energía y que corresponde a una energía nominal de salida de la turbina eólica en la interfaz de suministro de energía, y el sistema de generación de energía puede generar además energía eléctrica adicional por encima de dicha primera cantidad que se suministra al sistema de almacenamiento de energía para cargar el sistema de almacenamiento de energía.

[0030] En un ejemplo, determinar que se cumple la condición predefinida comprende además determinar que la cantidad de energía que puede generarse por el sistema de generación de energía comprende al menos la primera cantidad y una segunda cantidad de energía eléctrica (es decir, en adición). En el modo de carga, se puede suministrar una cantidad de energía eléctrica igual o inferior a la segunda cantidad desde el sistema de generación de energía al sistema de almacenamiento de energía para cargar el sistema de almacenamiento de energía. La segunda cantidad puede corresponder, por ejemplo, a un margen por encima de la primera cantidad (en particular, a un margen de energía libre); la carga puede producirse desde este margen y, por lo tanto, sin afectar a la energía de salida a través de la interfaz de suministro.

[0032] Por ejemplo, la segunda cantidad de energía puede corresponder al menos a un margen de energía de seguridad predeterminado más un margen de energía de reserva. En el modo de carga, se puede suministrar una cantidad de energía eléctrica igual o inferior al margen de energía de reserva desde el sistema de generación de energía al sistema de almacenamiento de energía para cargar el sistema de almacenamiento de energía. En el ejemplo, la cantidad generable de energía eléctrica puede ser, por lo tanto, mayor que la primera cantidad más el margen de seguridad para que se cumpla el requisito. La energía eléctrica que puede generarse por encima de esta suma puede suministrarse entonces para cargar el sistema de almacenamiento de energía.

[0034] El margen de seguridad puede corresponder, por ejemplo, a una cantidad de energía eléctrica requerida para hacer funcionar al menos un consumidor de energía auxiliar de la turbina eólica, en particular un accionamiento auxiliar de la turbina eólica y/o un sistema de refrigeración de la turbina eólica. De este modo, se pueden mejorar la disponibilidad y la seguridad del sistema, ya que, con poca antelación, se puede suministrar energía adicional a dicho sistema auxiliar. El al menos un consumidor de energía auxiliar puede ser, por ejemplo, al menos uno de un accionamiento auxiliar, un accionamiento de guiñada, un accionamiento de cabeceo, un sistema de refrigeración o un elevador de servicio de la turbina eólica.

[0036] En un ejemplo, la segunda cantidad de energía puede corresponder al menos a o es una suma del margen de energía de seguridad, el margen de energía de reserva y un consumo de energía auxiliar, en donde el consumo de energía auxiliar puede corresponder a una cantidad de energía eléctrica que está siendo consumida por uno o más sistemas auxiliares de la turbina eólica diferentes del sistema de almacenamiento de energía. En ese sentido, se puede considerar que el sistema de almacenamiento de energía no forma parte del sistema auxiliar de la turbina eólica. Cuando se está haciendo funcionar un sistema auxiliar, la condición solo puede cumplirse y la carga solo puede producirse si la cantidad de energía eléctrica generable es mayor que dicha primera cantidad, dicho margen de energía de seguridad y el consumo de energía auxiliar. En consecuencia, incluso si se produce un consumo de energía auxiliar, es posible que no se reduzca la cantidad de energía eléctrica suministrada a través de la interfaz de suministro de energía. Por ejemplo, en el método, se puede determinar un consumo de energía auxiliar actual o futuro, y la cantidad de energía proporcionada para cargar el sistema de almacenamiento de energía se puede ajustar en consecuencia. La cantidad máxima de energía eléctrica que puede generarse por el sistema generador de energía puede estar limitada por uno o más componentes eléctricos del sistema de generación de energía. La cantidad máxima de energía eléctrica que se puede generar puede ser mayor que la primera cantidad. En otras palabras, puede ser superior a la cantidad requerida para proporcionar energía al límite máximo de energía en la interfaz de entrega. En algunos ejemplos, la cantidad máxima generable de energía eléctrica del sistema generador de energía puede ser mayor que la energía nominal de la turbina eólica en la interfaz de suministro de energía.

[0037] Por ejemplo, el suministro de energía de los consumidores de energía auxiliares de la turbina eólica generalmente se produce desviando la energía eléctrica generada por el sistema de generación de energía. El sistema de generación de energía puede diseñarse para proporcionar la energía en la interfaz de suministro de energía a la energía de salida nominal y, además, puede configurarse para proporcionar energía adicional a los consumidores auxiliares operativos cuando la turbina eólica está distribuyendo energía nominal a través de la interfaz de suministro de energía (es decir, la clasificación de los componentes del sistema de generación de energía, por ejemplo, los componentes de la transmisión eléctrica, puede tener una energía nominal más alta que la energía nominal de salida de la turbina eólica). En consecuencia, la capacidad general respectiva en el sistema de generación de energía eléctrica puede usarse para recargar el sistema de almacenamiento de energía cuando la capacidad general disponible no es necesaria para accionar a los consumidores auxiliares. La primera cantidad más la segunda cantidad de energía eléctrica pueden corresponder, en particular, como máximo a la cantidad máxima de energía eléctrica generable, en particular a la energía nominal máxima de los componentes del sistema de generación de energía.

[0039] El experto en la materia puede reconocer que la cantidad real de energía eléctrica que puede generarse por el sistema de generación de energía puede ser inferior a la cantidad máxima y, en particular, puede depender de las condiciones ambientales, como las condiciones del viento, en particular la velocidad del viento. A menos que otras condiciones impidan el funcionamiento en el modo de carga (por ejemplo, un sistema de almacenamiento de energía ya cargado por completo), el sistema de generación de energía puede controlarse para generar la máxima energía eléctrica posible (según lo determinen las condiciones ambientales y la cantidad máxima generable limitada por la clasificación de los componentes) y usar la energía excedente por encima de la primera cantidad más el consumo auxiliar más el margen de seguridad para cargar el sistema de almacenamiento de energía.

[0041] Operar el sistema de energía en el modo de carga puede comprender controlar una cantidad de carga de energía consumida por el sistema de almacenamiento de energía cuando se carga el sistema de almacenamiento de energía de manera que la primera cantidad de energía, la cantidad de energía consumida por los consumidores de energía auxiliares y la cantidad de energía de carga, y opcionalmente una cantidad de energía correspondiente a un margen de seguridad energética, sean en suma iguales o inferiores a una energía nominal máxima del sistema de generación de energía. La energía nominal máxima puede referirse al límite superior en donde el sistema de generación de energía es capaz o está clasificado para generar y suministrar energía eléctrica de forma continua.

[0043] En un ejemplo, el límite máximo de energía de la interfaz de suministro de energía puede ser un límite estático predefinido o un límite dinámico. El límite estático puede determinarse mediante al menos una de las siguientes opciones: una capacidad de energía del sistema externo, una capacidad de energía de la interfaz de suministro de energía, una capacidad de energía de una o más líneas eléctricas que proporcionan una conexión entre la interfaz de suministro de energía y el sistema externo, o una energía nominal de la turbina eólica para la salida de energía en la interfaz de suministro de energía. El límite dinámico puede determinarse mediante al menos un controlador de parque eólico de un parque eólico del que forma parte la turbina eólica (por ejemplo, enviando la información respectiva a la turbina eólica), mediante un controlador de turbina eólica de la turbina eólica, o mediante el sistema externo, por ejemplo, mediante las condiciones de red de una red colectora o red de servicios públicos a la que se suministra energía eléctrica a través de la interfaz de suministro de energía. Por ejemplo, la capacidad de admisión de energía de una red colectora a la que la turbina eólica suministra energía eléctrica puede limitar la energía de salida a través de la interfaz de suministro de energía. Dicho límite puede determinarse mediante el controlador de la turbina eólica, por ejemplo, recibiendo la información respectiva del controlador del parque eólico, realizando mediciones en la red respectiva o mediante cualquier otro método conocido. Además, en situaciones en las que la energía suministrada a través de la interfaz de suministro se limita dinámicamente, cualquier exceso de energía puede usarse de manera eficiente para recargar el sistema de almacenamiento de energía.

[0045] La energía se puede proporcionar desde el sistema de generación de energía a la interfaz de suministro de energía a través de una ruta de suministro de energía principal.

[0047] El sistema de almacenamiento de energía puede estar acoplado a la ruta principal de suministro de energía entre el sistema de generación de energía y la interfaz de suministro de energía. En consecuencia, la energía para cargar el sistema de almacenamiento de energía puede desviarse antes de la interfaz de suministro, de modo que no se produzca ninguna reducción de energía detrás de la interfaz de suministro de energía debido a cualquier carga del sistema de almacenamiento de energía (es decir, la carga puede no afectar al nivel de energía externo a la turbina eólica). El acoplamiento puede comprender ciertamente uno o más componentes, tales como un disyuntor, un equipo de acondicionamiento de energía (por ejemplo, un convertidor de corriente alterna a corriente continua) y similares.

[0048] Un transformador de turbina eólica puede estar conectado en la ruta de suministro de energía entre la interfaz de suministro de energía y el acoplamiento al sistema de almacenamiento de energía. Por lo tanto, el sistema de almacenamiento de energía puede ser alimentado por un nivel de voltaje bajo o medio presente dentro de la turbina eólica.

[0050] El sistema de generación de energía puede comprender, por ejemplo, al menos un generador y un convertidor de energía; opcionalmente, puede comprender además un filtro de energía, que puede proporcionar, por ejemplo, un filtrado de armónicos. El acoplamiento hacia el sistema de almacenamiento de energía puede proporcionarse, por ejemplo, entre el sistema de generación de energía y un transformador de turbina eólica, por ejemplo, entre un filtro de energía respectivo y el transformador de turbina eólica. El sistema de generación de energía puede tener cualquier topología conocida, tal como una topología de convertidor completo, una topología de Doubly-Fed Induction Generator (Generador de inducción de doble suministro - DFIG) o similar.

[0052] El sistema de almacenamiento de energía puede funcionar en un modo de descarga, en donde proporciona energía eléctrica a al menos uno de uno o más consumidores auxiliares de la turbina eólica, al sistema de generación de energía de la turbina eólica (por ejemplo, durante el encendido o durante el servicio de la turbina eólica, por ejemplo, para energizar un convertidor de energía), y/o a la interfaz de suministro de energía (por ejemplo, para proporcionar energía eléctrica al sistema externo, por ejemplo, para alimentar la red eléctrica). Por lo tanto, la energía almacenada puede usarse para diferentes propósitos, como para suministrar los sistemas de turbinas eólicas en ausencia de energía generada por el viento o suministrada desde la red, para suavizar el suministro de energía a la red eléctrica o desplazar el tiempo del suministro de energía para alinear mejor el suministro de energía con la demanda de energía y/o el precio de la electricidad.

[0054] El sistema de almacenamiento de energía puede configurarse para recibir energía eléctrica y almacenar energía, ya sea en forma de energía eléctrica o en forma de un tipo diferente de energía, tal como energía mecánica, química o térmica. Por ejemplo, el sistema de almacenamiento de energía puede ser un Battery Electric Storage System (Sistema de almacenamiento eléctrico por batería - BESS), un sistema de almacenamiento por supercondensadores, un sistema de almacenamiento por volante, un sistema de almacenamiento por hidrógeno (que puede comprender un electrolizador, un tanque de hidrógeno y una pila de combustible respectivos), un sistema de almacenamiento de energía térmica o similar. El sistema de almacenamiento de energía puede configurarse, en particular, para recibir energía eléctrica, almacenar la energía y descargar la energía nuevamente en forma de energía eléctrica (por ejemplo, proporcionando energía eléctrica durante un cierto período de tiempo).

[0056] El sistema de almacenamiento de energía puede tener una capacidad de almacenamiento de al menos 100 kWh. La capacidad puede ser incluso mayor, por ejemplo, puede ser superior a 150 kWh, 200 kWh o incluso 500 kWh; puede estar dentro del intervalo de 100 kWh a 10 MWh. Por lo tanto, el sistema de almacenamiento de energía puede usarse no solo para alimentar a los consumidores auxiliares, sino también para almacenar energía para desplazar el suministro de energía al sistema externo, por ejemplo, en momentos de condiciones de poco viento, alta demanda de energía y/o altos precios de la electricidad.

[0058] El sistema de almacenamiento de energía puede configurarse como un sistema de almacenamiento de energía en línea en donde una red auxiliar que alimenta a los consumidores auxiliares de la turbina eólica recibe energía eléctrica a través del sistema de almacenamiento de energía. En tales configuraciones se puede proporcionar una conexión de derivación que evite el sistema de almacenamiento de energía. En dicha configuración, el sistema de almacenamiento de energía puede funcionar en consecuencia como una fuente de energía ininterrumpida para los consumidores auxiliares de la turbina eólica, ya que seguirán recibiendo energía eléctrica del sistema de almacenamiento de energía incluso si no hay energía eléctrica disponible en la ruta principal de suministro de energía. El sistema de almacenamiento de energía también puede configurarse como un sistema de almacenamiento de energía interactivo en línea, en donde los consumidores auxiliares de la turbina eólica pueden acoplarse mediante una conexión eléctrica a la ruta principal de suministro de energía, y el sistema de almacenamiento de energía puede acoplarse a esta conexión eléctrica. En dicha configuración, los consumidores auxiliares pueden alimentarse directamente desde la ruta principal de suministro de energía, y se puede usar un conmutador para cambiar el suministro al sistema de almacenamiento de energía. En cualquier configuración, puede ser posible que el sistema de almacenamiento de energía suministre energía eléctrica a los consumidores auxiliares de la turbina eólica mientras la turbina eólica está conectada o desconectada de la red. Además, en cualquier caso, el sistema de almacenamiento de energía también puede configurarse para suministrar energía eléctrica a la ruta principal de suministro de energía, ya sea para suministrar energía eléctrica al sistema externo o al sistema de generación de energía de la turbina eólica.

[0060] En un ejemplo, monitorizar la cantidad de energía eléctrica proporcionada desde el sistema de generación de energía a la interfaz de suministro de energía puede comprender recibir datos de medición de una unidad de monitorización que monitoriza el flujo de energía hacia la interfaz de suministro de energía. Como ejemplo, un transformador de corriente (TC) puede estar comprendido en la unidad de monitorización. La unidad de monitorización puede configurarse, por ejemplo, para monitorizar el flujo de energía en la ruta de flujo de energía principal entre el acoplamiento al sistema de almacenamiento de energía y la interfaz de suministro de energía, en particular entre el acoplamiento al sistema de almacenamiento de energía y el transformador de turbina eólica. El voltaje en la ruta principal de suministro de energía puede monitorizarse además, por ejemplo, obteniendo la información del nivel de voltaje respectivo del controlador de la turbina eólica o del convertidor, que puede funcionar según los puntos de ajuste de voltaje respectivos, o mediante mediciones. Al realizar la medición antes de la transformación, es posible que no se requieran mediciones en el lado de mayor voltaje del transformador de turbina eólica.

[0062] La cantidad de energía eléctrica proporcionada a la interfaz de suministro de energía puede determinarse aplicando una función de transferencia a los datos de medición. Por lo tanto, se pueden considerar las pérdidas debidas al transformador y al transporte de energía. Alternativamente, se puede aplicar una función de transferencia al límite de energía máxima para obtener un límite de energía máxima ajustado para la ubicación de la unidad de monitorización (esta función de transferencia puede ser la inversa de la función de transferencia mencionada anteriormente).

[0063] Determinar que la cantidad de energía eléctrica suministrada a la interfaz de suministro de energía está en o cerca del límite de energía máxima puede comprender entonces comparar la energía eléctrica derivada de las mediciones realizadas por la unidad de monitorización con el límite de energía máxima ajustado para la ubicación de la unidad de monitorización. En cualquier caso, se puede determinar de manera confiable que la energía eléctrica en el límite máximo de energía se proporciona en la interfaz de suministro de energía. Como las pérdidas entre el sistema de generación de energía y la ubicación de la unidad de monitorización pueden ser relativamente bajas, el límite de energía máxima ajustado (aproximadamente) corresponde a la primera cantidad de energía eléctrica.

[0065] El método puede comprender además, cuando se opera en el modo de carga, controlar la turbina eólica para que genere mediante el sistema generador de energía una cantidad de energía eléctrica mayor que la primera cantidad. En particular, puede controlarse de manera que el sistema generador de energía genere la cantidad de energía eléctrica generable, o la cantidad de energía generable menos el margen de energía de seguridad, si se emplea dicho margen. La energía eléctrica generada se suministra luego a la interfaz de suministro de energía en el límite máximo de energía, se suministra a cualquier consumidor auxiliar operativo, y la energía eléctrica generada restante se usa para cargar el sistema de almacenamiento de energía. De este modo, se hace un uso eficiente de la energía disponible y se puede seguir suministrando la máxima cantidad de energía eléctrica a través de la interfaz de suministro de energía.

[0067] El sistema de generación de energía puede, en particular, generar más de una energía nominal de la turbina eólica en la interfaz de suministro de energía. En particular, puede controlarse para generar energía eléctrica a la energía nominal máxima del sistema de generación de energía, menos el margen de energía de seguridad si se emplea. Por lo tanto, puede controlarse para generar la primera cantidad de energía eléctrica, más cualquier energía para los consumidores auxiliares, más energía eléctrica según cualquier capacidad de energía restante para la carga.

[0069] En un ejemplo, el método puede comprender además cambiar la operación al modo de carga, independientemente de si se cumple la condición predefinida, si se cumplen una o más de las siguientes condiciones excepcionales: Un estado de carga del sistema de almacenamiento de energía que alcanza o cae por debajo de un umbral predeterminado; la recepción de una orden de usuario para recargar el sistema de almacenamiento de energía; identificación de una demanda futura de energía del sistema de almacenamiento de energía; y la detección de que un parámetro externo cumple un criterio predefinido. Al hacer uso de tales condiciones excepcionales, se puede garantizar que haya suficiente energía disponible y almacenada en el sistema de almacenamiento de energía para realizar la función prevista, tal como proporcionar energía a los sistemas de la turbina eólica o al sistema externo. Un parámetro externo puede ser, por ejemplo, un precio de la energía que puede necesitar caer por debajo de un umbral de precio para cumplir con el criterio predefinido, o la energía disponible en la red eléctrica, que puede subir por encima de un umbral respectivo para cumplir con el criterio predefinido. Esto puede detectarse recibiendo información externa, tal como información del operador, información de precios y similares, o puede detectarse detectando propiedades de la red, tales como un aumento de la frecuencia o el aumento de la voltaje en la red.

[0071] La energía eléctrica mencionada en esta invención puede referirse en particular a energía activa.

[0073] Según otro aspecto de la presente descripción, se proporciona un sistema de control configurado para controlar la carga de un sistema de almacenamiento de energía de una turbina eólica. La turbina eólica comprende un sistema de generación de energía para generar energía eléctrica y una interfaz de suministro de energía para entregar la energía eléctrica generada a un sistema externo que es externo a la turbina eólica. El sistema de control está configurado para realizar las etapas de obtener un límite máximo de energía al que se limita la energía eléctrica suministrada al sistema externo a través de la interfaz de suministro de energía; monitorizar al menos una cantidad de energía eléctrica proporcionada desde el sistema de generación de energía a la interfaz de suministro de energía o una cantidad de energía generable por el sistema de generación de energía; determinar si se cumple una condición predefinida, en donde determinar que se cumple la condición predefinida requiere al menos determinar, basándose en dicha monitorización, que la cantidad de energía que puede generarse por el sistema de generación de energía es mayor que la primera cantidad de energía eléctrica requerida para suministrar energía eléctrica a través de la interfaz de suministro de energía eléctrica al límite máximo de energía; y si se cumple la condición predefinida, operar un sistema de energía de la turbina eólica en un modo de carga en donde la energía eléctrica generada por dicho sistema de generación de energía, además de la primera cantidad de energía eléctrica, se suministra desde el sistema de generación de energía al sistema de almacenamiento de energía para cargar el sistema de almacenamiento de energía. Mediante dicho sistema de control, se pueden lograr ventajas similares a las descritas anteriormente con respecto al método.

[0075] El sistema de control puede configurarse para llevar a cabo el método de cualquiera de las realizaciones y ejemplos descritos en esta invención.

[0077] Según un aspecto adicional, se puede proporcionar una turbina eólica que comprenda dicho sistema de control. La turbina eólica puede comprender además el sistema de generación de energía, el sistema de almacenamiento de energía y la interfaz de suministro de energía. La turbina eólica puede comprender además cualquiera de los componentes descritos en esta invención con respecto a la turbina eólica, tal como el sistema de energía, el transformador y/o uno o más consumidores de energía auxiliares.

[0078] Según otro aspecto de la presente descripción, se proporciona un programa informático para controlar la carga de un sistema de almacenamiento de energía de una turbina eólica. La turbina eólica comprende un sistema de generación de energía para generar energía eléctrica y una interfaz de suministro de energía para entregar la energía eléctrica generada a un sistema externo que es externo a la turbina eólica. El programa informático comprende instrucciones de control que, cuando son ejecutadas por una unidad de procesamiento de un sistema de control que controla un sistema de energía de la turbina eólica, hacen que la unidad de procesamiento realice cualquiera de los métodos descritos en esta invención. Tal programa informático puede proporcionarse como un producto de programa informático. El programa informático puede descargarse mediante una interfaz de red y/o puede proporcionarse en un soporte de datos o medio de almacenamiento de datos, que puede ser volátil o no volátil.

[0079] Debe entenderse que las características mencionadas anteriormente y las que se explicarán a continuación pueden utilizarse no solo en las combinaciones respectivas indicadas, sino también en otras combinaciones o de forma aislada. En particular, las funciones de los diferentes aspectos y realizaciones de la divulgación pueden combinarse entre sí, a menos que se indique lo contrario.

[0080] Breve descripción de los dibujos

[0081] Las características y ventajas anteriores y otras de la invención resultarán más evidentes a partir de la siguiente descripción detallada leída junto con los dibujos adjuntos. En los dibujos, los números de referencia similares se refieren a elementos similares.

[0082] La Fig. 1 es un dibujo esquemático que muestra un parque eólico con turbinas eólicas que tienen una interfaz de suministro de energía según un ejemplo de la descripción.

[0083] La Fig.2 es un dibujo esquemático que muestra una turbina eólica que comprende un sistema de energía y un sistema de control según un ejemplo de la descripción.

[0084] La Fig.3 es un dibujo esquemático que muestra una turbina eólica que comprende un sistema de energía y un sistema de control, según un ejemplo de la presente descripción.

[0085] La Fig.4 es un diagrama esquemático que ilustra la energía suministrada a una interfaz de suministro de energía, la energía suministrada a uno o más consumidores de energía auxiliares, un margen de energía de seguridad y un margen de energía de reserva usado para cargar según un ejemplo de la descripción.

[0086] La Fig.5 es un diagrama de flujo que ilustra un método de carga de un sistema de almacenamiento de energía de una turbina eólica según un ejemplo de la presente descripción.

[0087] La Fig.6 es un diagrama de flujo que ilustra un método de carga de un sistema de almacenamiento de energía de una turbina eólica según un ejemplo de la presente descripción.

[0088] Descripción detallada

[0089] A continuación, se describirán en detalle realizaciones y/o ejemplos de la presente descripción con referencia a los dibujos adjuntos. Debe entenderse que la siguiente descripción de las realizaciones se proporciona solo con fines ilustrativos, y no debe tomarse en un sentido limitante. Cabe señalar que los dibujos deben considerarse como representaciones esquemáticas solamente, y los elementos en los dibujos no están necesariamente a escala entre sí. Más bien, la representación de los diversos elementos se elige de tal modo que su función y el propósito general resulten evidentes para un experto en la técnica. Como se usa en esta solicitud, las formas singulares “un”, “una” y “el/la” pretenden incluir también las formas plurales, a menos que el contexto indique claramente lo contrario. Los términos “que comprende”, “que tiene”, “que incluye” y “que contiene”, deben interpretarse como términos abiertos (es decir, que significan “que incluye, pero no se limita a”), a menos que se indique lo contrario.

[0090] La Fig.1 ilustra un parque eólico 150 que comprende una pluralidad de turbinas eólicas 100 según un ejemplo de la descripción. Cada turbina eólica 100 tiene una interfaz 110 de suministro de energía a través de la cual proporciona energía eléctrica a una red colectora 120. Una subestación 130 puede acoplar la red colectora 120 a una red eléctrica 200, tal como una red eléctrica. La subestación 130 puede comprender, por ejemplo, un transformador de subestación. Se puede proporcionar un controlador 140 de parque eólico que puede controlar el funcionamiento de las turbinas eólicas 100, por ejemplo, enviando los respectivos puntos de ajuste de energía activa y/o reactiva a las turbinas eólicas. Las turbinas eólicas 100 pueden tener un límite máximo de energía eléctrica que puede ser suministrada por la turbina 100 eólica respectiva. El límite máximo de energía puede determinarse por la cantidad máxima de energía que la turbina eólica está configurada para entregar a través de la interfaz 110 de suministro, por ejemplo, mediante una energía nominal de la turbina eólica. La infraestructura eléctrica externa a la turbina eólica generalmente está dimensionada para acomodar la cantidad máxima de energía que puede suministrarse desde la turbina eólica. Dicha infraestructura eléctrica puede comprender, por ejemplo, el cableado, los interruptores y otros aparatos de control respectivos. En otros ejemplos, el límite de energía máxima en la interfaz 110 de suministro puede determinarse mediante los límites de la infraestructura eléctrica externa a la turbina eólica. Además, la infraestructura externa, tal como la red colectora 120, puede tener límites con respecto al suministro de energía eléctrica por parte de múltiples turbinas eólicas a dicha infraestructura.

[0092] Además, el límite máximo de energía en las interfaces 110 de suministro puede ser dinámico y/o puede establecerse individualmente para cada turbina eólica. Por ejemplo, el controlador 140 del parque eólico, u otro sistema de control, puede establecer los límites respectivos. Dichos límites pueden determinarse basado en las condiciones de red de la red colectora 120 y/o la red eléctrica 200, las condiciones ambientales, por ejemplo, el nivel de producción de otros productores de energía cercanos y similares.

[0094] La Fig.1 ilustra solo un ejemplo, y una turbina eólica 100 que tiene una interfaz 110 de suministro de energía respectiva puede proporcionarse en otros entornos, puede, por ejemplo, alimentar energía a una sola carga eléctrica, tal como un sistema de producción de hidrógeno o una red insular. Como se describe más adelante, la turbina eólica 100 puede controlarse de manera que la energía se suministre a través de la interfaz 110 de suministro en el límite de energía máxima, al tiempo que permite cargar un sistema de almacenamiento de energía de la turbina eólica correspondiente sin comprometer el suministro de energía.

[0096] En la Fig. 2 se muestra una configuración ejemplar de la turbina eólica 100, en donde la turbina eólica puede comprender un rotor 101, un sistema 10 de energía y la interfaz 110 de suministro de energía, a través de la cual se puede proporcionar energía eléctrica a la red colectora 120, la red eléctrica 200 o cualquier otro sistema externo. El sistema 10 de energía puede comprender el sistema 20 de generación de energía, el sistema 30 de almacenamiento de energía, uno o más consumidores auxiliares 40 y el transformador 45. Puede comprender además un disyuntor 61del circuito del generador, un disyuntor 62 del circuito principal y/o un disyuntor auxiliar 63.

[0098] El sistema 20 de generación de energía puede comprender un generador 21 que recibe energía mecánica rotacional del rotor 101 y la convierte en energía eléctrica, un equipo 22, 23, 24 de acondicionamiento de energía, que puede comprender un convertidor 22 de energía y, opcionalmente, un reactor 23 y/o un filtro armónico 24. El sistema 20 de generación de energía también puede denominarse “transmisión eléctrica”, que proporciona energía eléctrica acondicionada generada por la turbina eólica.

[0100] El sistema 20 de generación de energía puede tener cualquiera de las configuraciones conocidas. La Fig.2 ilustra una topología de convertidor completa, sin embargo, también se pueden emplear otras topologías, tales como una topología de Doubly-Fed Induction Generator (Generador de inducción de doble suministro - DFIG). En funcionamiento, la energía eléctrica generada por el sistema 20 de generación de energía puede suministrarse a lo largo de una ruta 25 principal de suministro de energía a través del transformador 25 de turbina eólica a la interfaz 110 de suministro. El sistema 30 de generación de energía puede estar acoplado o conectado a la ruta 25 principal de suministro de energía entre el sistema 20 de generación de energía y la interfaz 110 de suministro, en particular entre el sistema 20 y el transformador 45. La Fig.2 ilustra un acoplamiento y una configuración ejemplares del sistema 30 de generación de energía. El sistema 30 de generación de energía comprende una batería 31 que está esencialmente acoplada a un bus de CC de un convertidor que comprende un rectificador 32 y un inversor 33. Controlando el rectificador 32, se puede controlar la carga de la batería 31 desde la ruta 25 principal de suministro de energía. Para descargar la batería 31 a los consumidores auxiliares 40, se puede controlar el inversor 33. El rectificador 32 también puede funcionar como un inversor para descargar la batería 31 hacia la ruta 25 principal de suministro de energía, por ejemplo, para proporcionar energía eléctrica al sistema 20 de generación de energía (por ejemplo, para energizar el convertidor 22 durante el arranque o para hacer funcionar el generador 21 como un motor durante el mantenimiento), o para proporcionar energía eléctrica a la interfaz 110 de suministro de energía (por ejemplo, para complementar la salida de energía, cambiar el tiempo de salida de energía o similares). Se puede proporcionar una derivación 41 alrededor del sistema 30 de generación de energía para permitir un suministro directo de energía eléctrica a los consumidores 40 de energía auxiliares.

[0102] No cabe duda de que son concebibles otras implementaciones del sistema 30 de generación de energía. Puede comprender un sistema de almacenamiento por volante con una máquina eléctrica que acelera el volante para almacenar energía o funciona como generador para extraer energía; un almacenamiento por hidrógeno que puede comprender un electrolizador para generar hidrógeno, un tanque para almacenar el hidrógeno generado y una pila de combustible para generar energía eléctrica a partir del hidrógeno almacenado; un banco de supercondensadores; un sistema de almacenamiento térmico; y otros tipos de sistemas de almacenamiento de energía físicos o químicos. En estos ejemplos, el sistema 30 de generación de energía está configurado para cargarse al recibir energía eléctrica y descargarse al proporcionar energía eléctrica.

[0104] Los uno o más consumidores 40 de energía auxiliares pueden comprender consumidores auxiliares principales, tales como accionadores y/o actuadores que hacen funcionar los sistemas auxiliares de la turbina eólica. Algunos ejemplos son un accionamiento de guiñada, por ejemplo, motores respectivos, un accionamiento de cabeceo, por ejemplo, motores o bombas hidráulicas respectivos, un accionamiento de enfriamiento de un sistema de enfriamiento, por ejemplo, bombas respectivas, y similares. Los principales consumidores auxiliares pueden tener una energía nominal combinada superior a 100 kW, por ejemplo, en el intervalo de 100 kW a 300 kW.

[0105] La energía suministrada por la turbina eólica 100 en la interfaz 110 de suministro puede controlarse mediante un controlador de turbina eólica. A velocidades del viento suficientemente altas, el sistema 20 de generación de energía puede generar una cantidad de energía eléctrica (primera cantidad) que corresponde al límite de energía máxima en la interfaz 110 de suministro de energía. A velocidades del viento más altas, el controlador de la turbina eólica puede regular la energía extraída del viento inclinando/cabeceando las palas del rotor 101 para limitar el par en el rotor y, por lo tanto, la energía que se genera. En tal situación, puede haber más energía disponible en el viento de la que puede convertirse en energía eléctrica y proporcionarse a la interfaz externa. El sistema 20 de generación de energía puede configurarse para tener una energía nominal superior al límite de energía máxima en la interfaz 110 de suministro de energía, incluso si este límite de energía máxima corresponde a la energía de salida nominal de la turbina eólica 100 (que también puede denominarse “energía nominal” o “energía nominal” de la turbina eólica). La capacidad general adicional proporcionada por el sistema 20 de generación de energía se proporciona generalmente para permitir que los consumidores 40 de energía auxiliares funcionen incluso cuando proporcionan una salida de energía a la energía nominal. Por ejemplo, dicha energía puede ser necesaria para operar el accionamiento de guiñada para mantener el rotor de la turbina eólica en la orientación correcta con respecto a la dirección del viento, para operar los accionamientos de inclinación/cabeceo de las palas del rotor y similares.

[0107] La turbina eólica 100 puede comprender un sistema 50 de control que puede controlar la carga y descarga del sistema 30 de generación de energía. El sistema 50 de control puede hacer uso de esta capacidad general del sistema 20 de generación de energía para cargar el sistema 30 de generación de energía mientras la turbina eólica proporciona energía eléctrica al límite máximo de energía en la interfaz 110 de suministro. Dicha capacidad general puede estar disponible para cargar, en particular, si los consumidores 40 de energía auxiliares no la usan en su totalidad y para cubrir cualquier pérdida que pueda producirse en el camino hacia la interfaz 110 de suministro. La cantidad de energía que puede redirigirse tanto para operar los consumidores auxiliares 40 como para recargar el sistema 30 de generación de energía puede estar limitada por la energía eléctrica nominal de los componentes eléctricos del sistema 20 de generación de energía, así como de cualquier circuito de suministro usado para redirigir la energía. El margen de reserva disponible más allá del consumo instantáneo de los consumidores auxiliares 40 puede usarse para recargar.

[0108] Dicha carga (es decir, la operación en un modo de carga) puede iniciarse, por ejemplo, mediante el sistema 50 de control si se determina que se cumple una condición predefinida. Dicha condición puede comprender, en particular, que la energía eléctrica generada por el sistema 20 de generación de energía sea mayor que la cantidad de energía requerida para entregar en la interfaz 110 de suministro la energía máxima permitida (es decir, la energía al límite máximo de energía). Por lo tanto, el sistema 20 de generación de energía debe proporcionar más energía que la primera cantidad mencionada anteriormente. Existen diferentes posibilidades para determinar si se cumple la condición predefinida. Por ejemplo, se puede proporcionar una unidad de monitorización, por ejemplo, en forma de un transformador 53 de corriente. El transformador 53 de corriente puede medir el nivel de corriente en la ruta principal de suministro de energía hacia la interfaz 110. En combinación con un voltaje medido en la ruta de suministro de energía (que puede medirse u obtenerse de un controlador de turbina eólica o un controlador de convertidor), se puede usar para determinar la energía suministrada a la interfaz 110 de suministro de energía. Como la interfaz 110 de suministro de energía puede estar en el lado de la red del transformador 45, como en el ejemplo de la Fig.2, el sistema 50 de control puede emplear una función de transferencia para ajustar la energía máxima para tener en cuenta las pérdidas asociadas con el transformador y cualquier pérdida óhmica antes de la interfaz 110 de suministro de energía. Dicha función de transferencia puede aplicarse al límite de energía máxima para comparar un límite de energía máxima ajustado respectivo con la energía determinada en la ubicación del transformador 53 de corriente, o la energía medida puede transformarse mediante una función de transferencia (inversa) respectiva y puede compararse con el límite de energía máxima original en la ubicación de la interfaz 110. La primera cantidad de energía que el sistema 20 de generación de energía necesita entregar puede, en consecuencia, ser mayor que el límite de energía máxima, y puede corresponder aproximadamente al límite de energía máxima ajustado.

[0110] Otra posibilidad para determinar que el sistema 20 de generación de energía es capaz de generar una cantidad de energía eléctrica mayor que la primera cantidad es recibir la información respectiva de un controlador, tal como un controlador de turbina eólica o un controlador de convertidor. Si la cantidad de energía eléctrica generada está a punto de superar el límite de energía máxima en la interfaz 110, el controlador de la turbina eólica generalmente tomará medidas para reducir la cantidad de generación de energía, de modo que esté disponible la información respectiva sobre la cantidad de energía eléctrica generada. Basándose en dicha información, se puede determinar que se cumple la condición predefinida respectiva y que puede comenzar la operación en el modo de carga.

[0112] El sistema 50 de control puede implementarse mediante un controlador que está separado de un controlador de turbina eólica; en otros ejemplos, dicho controlador puede formar parte del controlador de turbina eólica, es decir, el sistema 50 de control puede implementarse mediante el controlador de turbina eólica.

[0114] El sistema 50 de control puede comprender una unidad 51 de procesamiento y una memoria 52. La unidad 51 de procesamiento puede ser cualquier tipo de procesador, tal como un microprocesador, un procesador de señales digitales, un circuito integrado de aplicación específica o similares. La memoria 52 puede comprender cualquier tipo de memoria, tal como RAM, ROM, memoria flash, EEPROM, una unidad de disco duro y similares. La memoria 52 puede almacenar instrucciones de control que, cuando son ejecutadas por la unidad 51 de procesamiento, hacen que el sistema 50 de control realice cualquiera de los métodos descritos en esta invención y, en particular, controlen la turbina eólica 100 y sus componentes según cualquiera de los métodos descritos.

[0116] Para un funcionamiento ejemplar de la turbina eólica 100, la Fig. 4 ilustra los diferentes niveles de energía. En el diagrama 400 de la Fig.4, se ilustra la energía de salida P<OUT>en la interfaz 110 de suministro de energía. En la primera parte de la curva 401, la velocidad del viento todavía está por debajo de la velocidad nominal del viento. A medida que aumenta la velocidad del viento, la energía de salida aumenta y finalmente alcanza el límite 402 máximo de energía en la interfaz 110 de entrega (P<MAX>). Como la velocidad del viento se mantiene por encima de la velocidad nominal del viento, el nivel de energía en la salida permanece estable durante el resto del gráfico. Aproximadamente a los 40 segundos, se puede observar una pequeña caída en la curva 401. El diagrama 410 de la Fig.4 ilustra el consumo de energía de los consumidores 40 de energía auxiliares durante el mismo período de tiempo. Se puede observar que la caída en la curva 401 es provocada por un consumo 411 de energía del mecanismo de guiñada. La caída se produce cuando por debajo del límite 402 de energía máxima, la energía que puede suministrarse desde el sistema 20 de generación de energía está limitada por el par que proporciona el rotor 101 a la velocidad del viento dada. En tales condiciones, el consumo de energía por parte de los consumidores auxiliares dará como resultado una redirección de la energía suministrada a la interfaz 110 de suministro, de modo que se resta esencialmente de la salida de la turbina eólica. La carga del sistema 30 de generación de energía durante dichos períodos de funcionamiento también tendría un impacto negativo en el suministro de energía a través de la interfaz 110.

[0118] El diagrama 410 muestra el consumo de energía adicional por parte de los consumidores auxiliares 40, tal como el consumo 411 de energía del accionamiento de guiñada y el consumo 412 de energía de un sistema de refrigeración (por ejemplo, una bomba de refrigeración). Se puede observar que, dado que la turbina eólica proporciona energía al límite 402 de energía máximo en la interfaz 110 de suministro, la operación posterior de los consumidores 40 de energía auxiliares no reduce la energía suministrada a la interfaz. El sistema de control de la turbina eólica, en particular el controlador de la turbina eólica y/o el controlador del convertidor, puede ajustar la energía suministrada por el sistema 20 de generación de energía para compensar el uso de energía por parte de los consumidores auxiliares 40. Dicho control puede garantizar que la interfaz 110 de suministro reciba la máxima energía posible incluso cuando el consumo de energía interna fluctúe.

[0120] El diagrama 420 de la Fig.4 ilustra la capacidad general para la generación de energía disponible en el sistema 20 de generación de energía durante el período de tiempo respectivo. Durante la fase inicial de bajas velocidades del viento, el sistema 20 de generación de energía funciona significativamente por debajo de su energía nominal y, por lo tanto, tiene suficiente capacidad de reserva; sin embargo, la carga no se realiza por los motivos descritos anteriormente. En el diagrama 420, el margen total disponible se muestra con el área 421, mientras que el área 422 ilustra un margen de energía de reserva, que es la energía disponible para cargar el sistema de almacenamiento de energía. La capacidad general de sobrecarga (que puede corresponder a la segunda cantidad mencionada anteriormente) se muestra en el número 424 de referencia. Si bien la producción de energía aumenta (curva 401), no hay ninguna asignación de energía para cargar el sistema de almacenamiento de energía. Cuando la energía de salida en la interfaz 110 alcance el límite máximo de energía, la capacidad 422 de energía de reserva puede estar disponible para recargar el sistema 30 de generación de energía. Es posible que el margen 421 de energía no esté completamente provisto para la carga, pero se puede mantener un margen 423 de energía de seguridad. Mediante dicho margen de seguridad, se puede evitar que se alcance el límite de capacidad total, por ejemplo, cuando se conectan los nuevos consumidores auxiliares 40. Como puede verse, a medida que los consumidores 40 de energía auxiliares consumen energía, como se muestra en el diagrama 410, se reduce el margen 421 de energía y, por lo tanto, también el margen 422 de energía de reserva disponible para la carga, de forma complementaria al consumo de energía de estos consumidores de energía auxiliares. Al controlar la carga de tal manera que la energía consumida por el sistema 30 de generación de energía permanezca dentro del margen 422 de energía de reserva, se puede garantizar que el sistema 20 de generación de energía, en particular sus componentes, permanezca por debajo de su energía nominal (es decir, no se puede alcanzar o superar la energía máxima permitida).

[0122] La Fig.3 muestra otro ejemplo de la turbina eólica 100, en donde el acoplamiento del sistema 30 de generación de energía se ha modificado en comparación con la turbina eólica de la Fig.2. Por lo tanto, las explicaciones anteriores son igualmente aplicables a la turbina eólica 100 de la Fig.3, y solo se explicarán brevemente las diferencias. En la turbina eólica 100 de la Fig. 3, el sistema 30 de generación de energía se proporciona como un sistema de almacenamiento de energía interactivo en línea, que está acoplado a una conexión entre los uno o más consumidores 40 de energía auxiliares y la ruta 25 de suministro de energía principal. En dicha configuración, la energía generalmente se proporciona directamente desde la ruta 25 de suministro de energía principal a los consumidores 40 de energía auxiliares, sin pasar por el sistema 30 de generación de energía. Sin embargo, de manera similar a la configuración de la Fig.2, el sistema 30 de generación de energía también puede ser capaz de recibir energía eléctrica desde la ruta 25 de suministro de energía principal para cargar, y de suministrar energía eléctrica a uno o más de los consumidores 40 de energía auxiliares, el sistema 20 de generación de energía o la interfaz 110 de suministro de energía. En los ejemplos de la descripción también se puede emplear cualquier otra posibilidad concebible de acoplar el sistema 30 de generación de energía a la ruta 25 principal de suministro de energía.

[0124] La Fig.5 muestra un diagrama de flujo de un método según un ejemplo. En la etapa S11, se obtiene un límite 402 de energía máximo P<MAX>. Como se describió anteriormente, este puede ser un límite estático, tal como una energía nominal máxima de la energía de salida de la turbina eólica, o un límite dinámico, por ejemplo obtenido del controlador 140 del parque eólico. En la etapa S12, se puede monitorizar si hay disponible una cantidad suficiente de energía eléctrica para cargar, por ejemplo, monitorizando la cantidad de energía eléctrica proporcionada a la interfaz de suministro de energía y/o monitorizando la generación de energía por el sistema 20 de generación de energía.

[0125] En la etapa S13, se puede determinar si se cumple una condición predefinida. Es posible que sea necesario cumplir uno o más requisitos para que se cumpla la condición predefinida. Un requisito puede ser que se determine que se puede generar más energía (es decir, que es generable) que la cantidad de energía requerida para proporcionar energía en la interfaz de suministro de energía correspondiente al límite de energía máxima, es decir, para proporcionar la máxima energía en la interfaz 110 de suministro. Pueden aplicarse requisitos adicionales, tales como que el nivel de carga del sistema 30 de generación de energía no esté por encima de un nivel predefinido, es decir, que todavía haya capacidad de carga. Si se cumplen estos dos y, opcionalmente, otros requisitos aplicables, se puede determinar en la etapa S14 que se cumple la condición predefinida. Si se cumple la condición predefinida, el método puede continuar en la etapa S15 con la operación del sistema de energía de la turbina eólica en un modo de carga en donde la energía eléctrica proporcionada por el sistema 20 de generación de energía se suministra al sistema 30 de generación de energía para su carga. El sistema 30 de generación de energía puede controlarse, por ejemplo, de manera que consuma una cantidad de energía disponible que supere la primera cantidad de energía requerida para suministrar la máxima energía en la interfaz 110. Como se mencionó anteriormente, la energía consumida por el sistema 30 de generación de energía puede controlarse de manera que la energía total suministrada por el sistema 20 de generación de energía, que comprende la primera cantidad de energía, el consumo de energía de los consumidores auxiliares 40, la energía usada para la carga y, opcionalmente, un margen de energía de seguridad, no supere la energía nominal máxima del sistema 20 de generación de energía. Como se muestra en el diagrama 420 de la Fig.4, la energía ilustrada por el margen 422 de energía de reserva puede usarse en particular para cargar.

[0127] En la etapa S16, se puede comprobar si se cumple una condición de terminación para la carga. Dicha condición de terminación puede ser, por ejemplo, que el sistema 30 de generación de energía alcance un estado de carga predefinido, que la condición predefinida ya no se cumpla, en particular que la velocidad del viento disminuya de modo que no haya ningún margen 422 de energía de reserva disponible para la carga, y/u otra condición, tal como una orden de parada o similar. Si se cumple la condición de terminación, el método puede terminar el modo de carga y continuar en la etapa S12, u opcionalmente, en particular si se aplica un límite de energía máxima dinámica, en la etapa S11. De manera similar, si se determina en la etapa S14 que no se cumple la condición, el método puede continuar con la etapa S12 o, en caso de un límite de energía máxima dinámico, con la etapa S11.

[0129] La Fig. 6 es un diagrama de flujo que ilustra un método según otro ejemplo. En la etapa S21, se comprueba nuevamente si la generación de energía por el sistema 20 de generación de energía proporciona energía al límite de energía máxima en la interfaz de suministro de energía (en correspondencia con las etapas S11 a S13 de la Fig.5). En la etapa S22, se puede comprobar el segundo requisito mencionado anteriormente, en particular si el estado de carga del sistema de almacenamiento de energía está por debajo de un nivel de estado de carga predeterminado. Si se cumplen ambos requisitos de las etapas S21 y S22 (lo que puede corresponder a la condición que se cumple en la etapa S14), el método puede continuar en la etapa S23 operando en un modo de carga en donde se recarga el sistema 30 de generación de energía. Como se ingresó al modo de carga determinando en la etapa S21 que la energía máxima se proporciona en la interfaz de suministro de energía, la carga puede producirse usando la capacidad marginal 422 disponible para la recarga.

[0131] Si no se cumple la condición predefinida y, en particular, si no se cumple el requisito comprobado en la etapa S21, el método puede continuar con la etapa S24, en donde se puede comprobar si se puede aplicar una condición excepcional. Si se aplica tal condición excepcional, se puede permitir que el sistema de almacenamiento de energía se recargue durante los períodos en los que la energía de recarga reduce la energía suministrada a la interfaz 110. Tal condición excepcional puede ser, por ejemplo, que el estado de carga del sistema 40 de almacenamiento de energía esté por debajo de un umbral predeterminado. También se puede aplicar una condición excepcional si se recibe una orden de usuario mediante la cual el usuario ordena manualmente a la turbina eólica que recargue el sistema de almacenamiento de energía. Otro ejemplo en donde se puede aplicar una condición excepcional es que se prediga una demanda de energía para la retirada de energía eléctrica del sistema de almacenamiento de energía. Por ejemplo, el controlador 50 puede detectar que la turbina eólica acaba de recuperarse de un fallo o interrupción de la red, o puede estar experimentando condiciones de red inestables. En tal caso, puede ser necesario que el sistema 30 de generación de energía proporcione energía eléctrica para estabilizar las condiciones de la red o para apoyar el arranque de la turbina eólica. Por lo tanto, es deseable recargar el sistema 30 de generación de energía antes de dicha demanda. Otra condición excepcional puede estar presente si la demanda de energía eléctrica en el sistema externo es particularmente baja, por ejemplo, una demanda baja en la red eléctrica 200, y/o el precio de la electricidad es muy bajo, por ejemplo, por debajo de un umbral respectivo. En tales situaciones, la reducción de la energía eléctrica proporcionada a través de la interfaz 110 como consecuencia de la carga del sistema 30 de generación de energía puede tener solo un efecto negativo limitado, ya que puede haber solo una pequeña pérdida de ingresos o porque la energía eléctrica respectiva puede no ser necesaria debido a la baja demanda.

[0133] Si se aplica una de estas condiciones excepcionales en la etapa S24, el método puede continuar con la etapa S22 o directamente con la etapa S23. En consecuencia, la operación puede pasar al modo de carga (si se cumple la condición de la etapa S22, o directamente) en donde el sistema de almacenamiento de energía se recarga en la etapa S23. En este caso, la recarga puede producirse independientemente de si hay o no un margen de energía de reserva disponible y, en consecuencia, puede resultar en una reducción de la energía de salida en la interfaz de suministro de energía. Si no se aplica tal condición excepcional en la etapa S24, el método puede continuar con la etapa S25, en la que se pospone la recarga del sistema de almacenamiento de energía y se comprueba nuevamente en las etapas S21, S22 si se cumple la condición predefinida.

[0134] Lo anterior son solo implementaciones ejemplares, y el método y/o el sistema de control pueden implementarse de manera diferente en otros ejemplos. Por ejemplo, la etapa S22 puede realizarse como parte de la etapa S21 en la Fig.6, o puede realizarse antes de eso. La etapa S22 puede proporcionarse como una etapa adicional en el método de la Fig.5, por ejemplo, después de la etapa S13, y las etapas S11 a S13 pueden implementar la etapa S21 de la Fig.6. Las etapas S24 y S25, así como la etapa S22, son opcionales y pueden estar comprendidas opcionalmente en el método de la Fig.5.

[0135] Según los ejemplos descritos en esta invención, la capacidad de reserva del sistema de generación de energía eléctrica 20 puede usarse para recargar el sistema de almacenamiento de energía, mejorando así la cantidad de energía eléctrica que se puede proporcionar a través de la interfaz 110. Además, el funcionamiento de los componentes internos de la turbina eólica puede no conducir a una reducción de la energía de salida. De este modo, se puede maximizar la producción de energía de las turbinas eólicas, en particular la PAE (producción anual de energía). Al mismo tiempo, se puede mantener el estado de carga del sistema 30 de generación de energía. Además, al permitir excepciones para el control de recarga, se puede garantizar que esté disponible una cantidad suficiente de energía eléctrica almacenada en ciertas situaciones. De este modo, se pueden lograr ventajas considerables.

[0136] Si bien en esta invención se describen realizaciones específicas, se pueden realizar varios cambios y modificaciones. Las presentes realizaciones deben considerarse en todos los aspectos como ilustrativas y no restrictivas.

Claims

1. REIVINDICACIONES

1. Un método para cargar un sistema (30) de almacenamiento de energía de una turbina eólica (100), en donde la turbina eólica (100) comprende un sistema (20) de generación de energía para generar energía eléctrica y una interfaz (110) de suministro de energía para entregar la energía eléctrica generada a un sistema externo (120, 200) que es externo a la turbina eólica (100), en donde la turbina eólica está configurada para emitir una cantidad máxima de energía a través de la interfaz (110) de suministro de energía que corresponde a una energía nominal de la turbina eólica (100), y en donde el sistema (20) de generación de energía está configurado para generar al menos una primera cantidad de energía eléctrica que corresponde a la energía nominal de la turbina eólica en la interfaz (110) de suministro de energía y una segunda cantidad de energía eléctrica que supera la primera cantidad, en donde el método comprende:

- obtener un límite (402) máximo de energía al que se limita la energía eléctrica suministrada al sistema externo (120, 200) a través de la interfaz (110) de suministro de energía, en donde el límite de energía máximo corresponde a la energía nominal de la turbina eólica;

- monitorizar al menos una cantidad de energía eléctrica proporcionada desde el sistema (20) de generación de energía a la interfaz (110) de suministro de energía o una cantidad de energía generable por el sistema (20) de generación de energía;

- determinar si se cumple una condición predefinida, en donde determinar que se cumple la condición predefinida requiere al menos determinar, basándose en dicha monitorización, que la cantidad de energía que puede generar el sistema (20) de generación de energía comprende al menos la primera cantidad y la segunda cantidad (424) de energía eléctrica; y

- si se cumple la condición predefinida, operar un sistema (10) de energía de la turbina eólica (100) en un modo de carga en el que se suministra una cantidad de energía eléctrica igual o inferior a la segunda cantidad desde el sistema (20) de generación de energía al sistema (30) de almacenamiento de energía para cargar el sistema (30) de almacenamiento de energía.

2. El método según la reivindicación 1, en donde determinar que la cantidad de energía que puede generar el sistema (20) de generación de energía comprende al menos la primera cantidad y la segunda cantidad comprende determinar que la cantidad monitorizada de energía eléctrica proporcionada a la interfaz (110) de suministro de energía corresponde al límite (402) de energía máxima.

3. El método según las reivindicaciones 1 o 2, en donde operar en el modo de carga comprende suministrar, desde el sistema (20) de generación de energía, energía eléctrica igual o cercana al límite (402) de energía máxima, en particular a la energía nominal de la turbina eólica, a la interfaz (110) de suministro de energía.

4. El método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la cantidad máxima de energía eléctrica que puede generarse por el sistema (20) de generación de energía está limitada por uno o más componentes eléctricos del sistema de generación de energía, en donde preferiblemente, la segunda cantidad corresponde como máximo a una capacidad general del sistema (20) de energía eléctrica que es una diferencia entre la primera cantidad y la cantidad máxima de energía eléctrica generable.

5. El método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la segunda cantidad (424) de energía corresponde al menos a un margen (423) de energía de seguridad predeterminado más un margen (422) de energía de reserva, en donde, en el modo de carga, se suministra una cantidad de energía eléctrica igual o inferior a dicho margen (422) de energía de reserva desde el sistema (20) de generación de energía al sistema (30) de almacenamiento de energía para cargar el sistema (30) de almacenamiento de energía.

6. El método según la reivindicación 5, en donde el margen (423) de seguridad corresponde a una cantidad de energía eléctrica requerida para hacer funcionar al menos un consumidor (40) de energía auxiliar de la turbina eólica (100), en particular un accionamiento auxiliar de la turbina eólica y/o un sistema de refrigeración de la turbina eólica.

7. El método según las reivindicaciones 5 o 6, en donde el margen (423) de seguridad corresponde a una cantidad de energía eléctrica requerida para hacer funcionar al menos uno de los accionamientos de guiñada o de cabeceo de la turbina eólica.

8. El método según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, en donde la segunda cantidad (424) de energía corresponde al menos o es una suma de dicho margen (423) de energía de seguridad, dicho margen (422) de energía de reserva y un consumo de energía auxiliar, en donde dicho consumo de energía auxiliar corresponde a una cantidad de energía eléctrica que consumen uno o más sistemas auxiliares (40) de la turbina eólica diferentes de dicho sistema (30) de almacenamiento de energía.

9. El método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el límite (402) máximo de energía de la interfaz de suministro de energía es un límite estático predeterminado.

10. El método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la energía se proporciona desde el sistema (20) de generación de energía a la interfaz (110) de suministro de energía a través de una ruta (25) de suministro de energía principal, en donde el sistema (30) de almacenamiento de energía está acoplado a la ruta (25) de suministro de energía principal entre dicho sistema (20) de generación de energía y dicha interfaz (110) de suministro de energía.

11. El método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la monitorización de la cantidad de energía eléctrica proporcionada desde el sistema (20) de generación de energía a la interfaz (110) de suministro de energía comprende recibir datos de medición desde una unidad (53) de monitorización que monitoriza el flujo de energía hacia la interfaz (110) de suministro de energía.

12. El método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el método comprende además, cuando se opera en el modo de carga, controlar la turbina eólica (100) para que genere mediante el sistema (20) generador de energía una cantidad de energía eléctrica mayor que dicha primera cantidad.

13. El método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el método comprende además cambiar la operación al modo de carga, independientemente de si se cumple la condición predefinida, si se cumple una o más de las siguientes condiciones excepcionales:

- un estado de carga del sistema (30) de almacenamiento de energía alcanza o cae por debajo de un umbral predeterminado;

- recepción de una orden de usuario para recargar el sistema (30) de almacenamiento de energía;

- identificación de una demanda futura de energía del sistema (30) de almacenamiento de energía; y - detección de que un parámetro externo cumple un criterio predefinido.

14. Un sistema de control configurado para controlar la carga de un sistema (30) de almacenamiento de energía de una turbina eólica (100), en donde la turbina eólica (100) comprende un sistema (20) de generación de energía para generar energía eléctrica y una interfaz (110) de suministro de energía para entregar la energía eléctrica generada a un sistema externo (120, 200) que es externo a la turbina eólica (100), en donde la turbina eólica está configurada para emitir una cantidad máxima de energía a través de la interfaz (110) de suministro de energía que corresponde a una energía nominal de la turbina eólica (100), y en donde el sistema (20) de generación de energía está configurado para generar al menos una primera cantidad de energía eléctrica que corresponde a la energía nominal de la turbina eólica en la interfaz (110) de suministro de energía y una segunda cantidad de energía eléctrica que supera la primera cantidad, en donde el sistema (50) de control está configurado para realizar las etapas de:

- determinar si se cumple una condición predefinida, en donde determinar que se cumple la condición predefinida requiere al menos determinar, basándose en dicha monitorización, que la cantidad de energía que puede generar el sistema de generación de energía comprende al menos la primera cantidad y la segunda cantidad (424) de energía eléctrica; y

15. Un programa informático para controlar la carga de un sistema (30) de almacenamiento de energía de una turbina eólica (100), en donde la turbina eólica (100) comprende un sistema (30) de generación de energía para generar energía eléctrica y una interfaz (110) de suministro de energía para entregar la energía eléctrica generada a un sistema externo (120, 200) que es externo a la turbina eólica (100), en donde el programa informático comprende instrucciones de control que, cuando son ejecutadas por una unidad (51) de

procesamiento de un sistema (50)de control que controla un sistema de energía (10) de la turbina eólica, provoca que unidad (51) de procesamiento realice el método de cualquiera de las reivindicaciones 1-13.