DISPOSITIVO GENERADOR DE HUECOS DE TENSIÓN
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a un dispositivo para generar huecos de tensión en una máquina de generación de energía eléctrica y particularmente en un aerogenerador conectado a Ia red interna de un parque de aerogeneradores.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
En Ia conexión a Ia red eléctrica de Ia salida de un parque de máquinas de generación eléctrica tales como aerogeneradores puede producirse un descenso brusco de tensión como consecuencia de un cortocircuito en Ia red. En esos casos, Ia actuación de las protecciones correspondientes ocasiona Ia desconexión de Ia parte defectuosa de Ia red Io que provoca un nuevo escalón de tensión en sentido contrario cuando se recupera el nivel de tensión existente antes del defecto. El conjunto de ambos escalones suele llamarse "hueco de tensión" y puede definirse por dos parámetros: Ia magnitud del escalón de tensión y Ia duración. Un "hueco de tensión" puede llegar a provocar Ia desconexión de un parque de aerogeneradores de Ia red con los consiguientes efectos perjudiciales por Io que resulta necesario confirmar el correcto comportamiento de los aerogeneradores ante los huecos de tensión.
Comentaremos seguidamente diversos dispositivos conocidos para generar huecos de tensión empleados con diferentes finalidades.
La solicitud de patente WO0060430 describe un sistema para chequear Ia sensibilidad de los componentes de una planta de producción de vidrio ante los huecos de tensión que puedan producirse que comprende una doble cascada de auto-transformadores industriales conectados a cada fase de Ia corriente con al menos dos swichs bipolares, que genera huecos de tensión en Ia salida de
máquina, proporcionales a los valores de los auto-transformadores individuales dispuestos en las cascadas. El sistema cuenta con Ia posibilidad de variar Ia amplitud del hueco y Ia duración, así como Ia de provocar diferentes huecos de tensión para cada fase. El documento US5886429 propone un banco de pruebas controlado y monitorizado por ordenador para comprobar Ia respuesta de equipos electrónicos conectados al mismo ante huecos y picos de tensión producidos en el anterior.
El documento US 5920132 describe un dispositivo capaz de generar una tensión reducida mediante un auto transformador en equipos industriales de poca potencia, sólo válida en baja tensión.
Ninguno de los dispositivos mencionados resulta aplicable para verificar el comportamiento de máquinas de generación de energía eléctrica tales como aerogeneradores ante huecos de tensión de diversos tipos. Hay que tener en cuenta que en cada país existen diferentes normas al respecto, por Io que un fabricante de aerogeneradores debe poder verificar el comportamiento de sus máquinas ante distintos tipos de huecos para poder garantizar su adecuación a normativas diferentes. La presente invención propone una solución a ese problema.
SUMARIO DE LA INVENCIÓN
La presente invención tiene por objeto un dispositivo para ensayar en baja y media tensión el comportamiento de una máquina de generación de energía eléctrica tal como un aerogenerador ante un hueco de tensión similar al que se puede producir en Ia red a Ia que está conectado. El dispositivo comprende:
- de uno a tres transformadores dispuestos en paralelo, que están conectados por un lado al aerogenerador a través de un interruptor de acoplamiento y seccionadores asociados, respectivamente, a cada uno de los transformadores y que están conectados por el otro lado a tierra a través de seccionadores asociados, respectivamente, a cada uno de los transformadores y un interruptor de control;
- medios para generar cortocircuitos accionando el interruptor de acoplamiento y el interruptor de control de manera que se controle el instante temporal de sus cierres y aperturas para generar un hueco de tensión de una duración acorde con Ia requerida y accionando los seccionadores para elegir el número de transformadores que intervienen en Ia generación del hueco, cuando hay más de uno, y Ia tipología monofásica, bifásica o trifásica del hueco; y
- medios de protección de los transformadores durante Ia generación de huecos de tensión y, preferentemente, uno o varios de los siguientes: bobinas de bloqueo para eliminar las ondas de alta frecuencia que pudiesen incidir sobre los transformadores al producir el hueco de tensión; una reactancia trifásica de puesta a tierra; y autoválvulas para eliminar posibles sobretensiones sobre los transformadores. Ese dispositivo es capaz de producir en un aerogenerador conectado a Ia red un cortocircuito monofásico, bifásico o trifásico , con o sin tierra, a través del divisor de tensión constituido por los transformadores, de forma que se pueda ensayar el citado aerogenerador ante los diversos huecos de tensión que puedan producirse sin necesidad de desinstalarlo del parque eólico. En concreto, el dispositivo permite:
- generar en bornes del aerogenerador distintos tipos de huecos de tensión mediante Ia realización de cortocircuitos reales de una determinada duración;
- reducir Ia potencia de cortocircuito en el punto en que se realiza éste, con objeto de perturbar mínimamente el resto de Ia red;
- operar el aerogenerador en condiciones de plena potencia. El dispositivo objeto de Ia presente invención puede acoplarse:
- A Ia baja tensión del aerogenerador, cuando el transformador del aerogenerador está situado en Ia parte inferior de Ia torre, siendo Ia baja tensión del aerogenerador accesible para conectar el dispositivo;
- A Ia media tensión del aerogenerador, cuando el transformador del aerogenerador está ubicado en Ia parte superior de Ia torre, siendo Ia media tensión Ia más accesible para conectar el dispositivo.
El dispositivo descrito puede ser utilizado para Ia prueba de aerogeneradores de cualquier potencia, dado que se basa en utilizar equipos análogos a los propios del aerogenerador. Se ha utilizado con éxito para Ia prueba de aerogeneradores de 850 kW y 2 MW.
Otras características y ventajas de Ia presente invención se desprenderán de Ia descripción detallada que sigue de una realización ilustrativa en relación con las figuras que se acompañan.
DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
En Ia Figura 1 se muestra un esquema del dispositivo según Ia invención, en su montaje en baja tensión.
En Ia Figura 2 se muestra un esquema del dispositivo según Ia invención, en su montaje en media tensión.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
El dispositivo 30 según Ia invención es capaz de generar huecos de tensión en un aerogenerador 2 conectado a Ia red de media tensión (MT) 1 mediante una estructura compuesta básicamente de tres transformadores 3, 4 y 5, dispuestos en paralelo, conectados mediante seccionadores 13 y 18, 11 y 17, y 10 y 16, respectivamente, al interruptor 7 de acoplamiento al aerogenerador y al interruptor de control 6, a Ia vez que se complementa con los necesarios elementos de maniobra y control, con objeto de realizar cortocircuitos de diferentes duraciones y distintos tipos (monofásicos, bifásicos o trifásicos, con o sin tierra), que den lugar en las bornes del aerogenerador 2 a formas de onda
análogas a las que aparecen en los casos en que ha habido un hueco de tensión en Ia red de MT 1.
El dispositivo 30 de Ia invención contempla dos tipos de montaje:
- montaje en el lado de baja tensión 8 del aerogenerador 2, cuando el transformador 12 del aerogenerador 2 está situado en Ia parte inferior de Ia torre del mismo, siendo el lado 8 de baja tensión del aerogenerador 2 accesible para conectar el dispositivo 30 anterior (Figura 1);
- montaje en el lado de media tensión 9 del aerogenerador 2, cuando el transformador 12 del anterior está ubicado en Ia parte superior de Ia torre, siendo el lado de media tensión 9 el más accesible para conectar el dispositivo 30 de Ia invención (Figura 2).
Montaje en baja tensión (BT)
En una primera realización de Ia invención, cuando el transformador 12 del aerogenerador 2 esté situado en Ia parte inferior de Ia torre del mismo, el dispositivo 30 se instala en el lado de baja tensión 8 como muestra Ia Figura 1 , conectándose mediante un interruptor automático 7, el cual sirve para poder acoplar y desacoplar el citado dispositivo 30 del aerogenerador 2 y definir Ia duración del hueco, a Ia vez que funciona como elemento de protección adicional del citado dispositivo 30, soportando una corriente eficaz de cortocircuito máxima que oscila entre 0,5 Ice (con un tranformador) y 0,75 Ice (con tres), siendo Ice Ia intensidad de cortocircuito nominal en Ia baja tensión del generador. El cableado debe pues soportar esas intensidades, que dependiendo de Ia potencia del generador pueden ser de miles de amperios.
El dispositivo 30 comprende principalmente tres transformadores 3, 4 y 5, idénticos al transformador propio del generador, que se conectan o desconectan a través de los seccionadores 10, 11 , 13, 16, 17 y 18, según Ia gama de magnitudes del hueco de tensión que se quiera generar. De igual modo, el dispositivo 30 permite generar huecos de tensión sobre el aerogenerador 2 del tipo trifásico o bifásico a través de las líneas 14 y 15, que se cierran o no a los transformadores 3, 4 y 5 a través del interruptor de control 6, de manera que, cuando se quiere generar un hueco del tipo trifásico, se cierran las líneas 14 y
15, y cuando el hueco que se desea generar es del tipo bifásico puro, se cierra sólo Ia línea 14. Las líneas 14, 15 anteriores soportan corrientes eficaces de cortocircuito no muy elevadas, de acuerdo con Ia relación de transformación de los transformadores utilizados. El dispositivo 30 de Ia invención comprende además los siguientes elementos adicionales:
- unas bobinas de bloqueo 19, preferiblemente con valor de impedancia de 0,2 mH, para eliminar las ondas de alta frecuencia que pudiesen incidir sobre los transformadores 3, 4, 5 al producir el hueco de tensión; - una reactancia trifásica 20 de puesta a tierra, preferiblemente en zigzag, como elemento de protección; y
- unas autoválvulas 21 de tensión adecuada a Ia media tensión del parque, para eliminar posibles sobretensiones en los transformadores 3, 4, 5.
El modo de operación del dispositivo 30 comprende los pasos siguientes: - cierre del interruptor de acoplamiento 7; cierre sucesivo de los seccionadores 13, 1 1 y 10 para realizar Ia energización de los transformadores 3, 4 y 5, respectivamente; generación del hueco de tensión mediante: cierre remoto del interruptor de control 6, que ocasionaría el inicio del hueco; apertura temporizada, del interruptor de acoplamiento 7 con un retraso programable respecto al cierre del interruptor de control 6, Io cual ocasionaría el fin del hueco de tensión; este retraso, que podrá oscilar entre 100 mseg y varios segundos, será función de Ia profundidad de hueco y de Ia duración que se quiera conseguir (dependerá de Ia normativa que se pretenda cumplir: Un valor típico sería 500mseg); apertura temporizada del interruptor de control 6, preferiblemente con 100 mseg de retraso respecto a Ia apertura del interruptor 7.
Deberá evitarse poner a tierra los neutros de los devanados de baja tensión de los transformadores 3, 4, 5 para evitar que aumente el nivel de Ia potencia de cortocircuito en una posible falta a tierra en el lado de BT 8.
Montaje en media tensión (MT)
Según una segunda realización de Ia invención, cuando el transformador 12 del aerogenerador 2 esté situado en Ia parte superior de Ia torre del mismo, el dispositivo 30 de generación de huecos se conectará en el lado 1 de MT. En este caso, como muestra Ia Figura 2, es necesario intercalar una reactancia trifásica 20 de puesta a tierra, preferiblemente en zigzag, en paralelo con Ia media tensión del aerogenerador 2, dos transformadores 32 y 33, preferiblemente iguales al transformador 12 del propio aerogenerador 2, del tipo estrella-triángulo y con el neutro del lado de baja tensión de uno de ellos puesto a tierra, así como un by pass trifásico 31 , de modo que se puedan realizar las pruebas de huecos de tensión con el dispositivo 30 sin que el funcionamiento del aerogenerador 2 se vea afectado durante el resto del tiempo.
En este montaje, al menos uno de los tres transformadores del dispositivo 30 debe ser de menor potencia que los transformadores principales, preferentemente de Ia mitad de potencia, si se quiere conseguir una gama amplia de huecos de tensión.
El dispositivo 30 además de los elementos ya descritos en Ia primera realización comprende también las líneas 34, 35 y 36 que, junto con las líneas 14 y 15, cierran los transformadores 3, 4 y 5, produciendo diferentes tipos de huecos de tensión, de Ia forma siguiente: - si el hueco a producir es del tipo trifásico, el dispositivo 30 se cierra en
14 y 15;
- si el hueco a producir es del tipo bifásico puro, el dispositivo 30 se cierra sólo en 14;
- si el hueco que se quiere producir es del tipo bifásico a neutro (tierra), el dispositivo 30 se cierra en 14 y 34, si es con un neutro, se cierra en 14, 34 y 35 con dos neutros, y se cierra en 14, 34, 35 y 36 si es con tres neutros;
- si el hueco que se va a generar es del tipo monofásico a neutro, el dispositivo 30 se cierra en 34 si es con un neutro, en 34 y 35 si es con dos neutros y se cierra en 34, 35 y 36 si es con tres neutros.
En ambos montajes, tanto en BT como en MT, Ia magnitud del hueco de tensión producido por el dispositivo 30 varía en función del tamaño del parque eólico y de Ia configuración del dispositivo 30 empleado para producir el citado hueco de tensión, de manera que Ia magnitud del hueco de tensión producido por faltas trifásicas será (suponiendo los tres transformadores del dispositivo de Ia mitad de potencia) de: - aproximadamente el 50%, con un transformador 5,; aproximadamente el 66%, con dos transformadores 4 y 5, y aproximadamente del 75%, con tres transformadores 4, 5 y 6. Las corrientes de cortocircuito esperables serán análogas a las que aparecen en el esquema de conexión en BT La magnitud del hueco de tensión dependerá de Ia aportación del aerogenerador 2 a Ia falta, si bien los valores indicados anteriormente corresponden a pruebas en aerogeneradores 2 doblemente alimentados, en que Ia aportación de los mismos se atenúa rápidamente.
En el caso de faltas asimétricas, el hueco dependerá de Ia configuración que se utilice, pudiéndose obtener en ambos casos una amplia gama de huecos.
En las realizaciones preferentes que acabamos de describir pueden introducirse aquellas modificaciones comprendidas dentro del alcance definido por las siguientes reivindicaciones.