WO2009118433A1

WO2009118433A1 - Método y sistema para operar un aerogenerador

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Publication number: WO2009118433A1
Application number: PCT/ES2009/000120
Authority: WO
Inventors: Jesús MAYOR LUSARRETA; Jorge ACEDO SÁNCHEZ; Ainhoa Carcar Mayor; David SOLÉ LÓPEZ; Javier PÉREZ BARBACHANO; Susana SIMÓN SEGURA; Iker Garmendia Olarreaga; Josu Elorriaga Llanos; Xabier Calvo Madariaga; Eneko Olea Oregi; Sergio Aurtenetxea Larrinaga
Original assignee: Ingeteam Energy SA
Current assignee: Ingeteam Energy SA
Priority date: 2008-03-28
Filing date: 2009-03-06
Publication date: 2009-10-01
Anticipated expiration: 2010-09-28
Also published as: US20110057446A1; EP2280166A1; CN102066748A; CN102066748B; CA2719434A1

Abstract

La presente invención se aplica a turbinas eólicas equipadas con generadores asíncronos doblemente alimentados y con al menos un convertidor de potencia con la novedad de que permite, bajo determinadas circunstancias, la operación de la turbina como un sistema FuIl Converter (FC), como doblemente alimentado (DFIG) o como Asíncrono (AS), lo que redunda en una mayor disponibilidad de la turbina.

Description

MÉTODO Y SISTEMA PARA OPERAR UN AEROGENERADOR OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se aplica a turbinas eólicas equipadas con generadores asincronos doblemente alimentados y con al menos un convertidor de potencia con la novedad de que permite, bajo determinadas circunstancias, la operación de la turbina como un sistema FuIl Converter (FC) , como doblemente alimentado (DFIG) o como Asincrono (AS) , lo que redunda en una mayor disponibilidad de la turbina. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

En los inicios de la energía eólica, la mayor parte de las turbinas eólicas estaban equipadas con generadores asincronos de jaula de ardilla. Estas turbinas funcionaban a velocidad de giro prácticamente constante, lo que implicaba menor eficiencia en la conversión de la energía del viento y mayores esfuerzos mecánicos en el aerogenerador . En la década de los 90 aparecieron las turbinas eólicas de velocidad variable que están equipadas con generadores asincronos de rotor bobinado cuyo rotor está alimentado a través de un convertidor de potencia, a este tipo de sistema (entendiendo por sistema el conjunto de generador, convertidor de potencia y elementos de maniobra) , se le conoce como doblemente alimentado (DFIG - Doubly Fed Induction Generator) , ya que precisan de un convertidor de potencia encargado de gestionar la energía de los devanados rotóricos. Este sistema presenta la ventaja de mayor eficiencia energética y menores esfuerzos mecánicos por lo que se ha convertido en uno de los sistemas dominantes.

Con el mismo objetivo aparecieron las turbinas eólicas de velocidad variable con generadores aislados de la red mediante un convertidor de potencia conectado al estator del generador, que permite entregar a la red la potencia generada por la turbina. A este tipo de sistema se le conoce como FuIl Converter (FC) , ya que precisan de un convertidor de potencia encargado de gestionar la energía de los devanados estatóricos . A medida que la capacidad eólica instalada y la potencia unitaria de las turbinas eólicas aumenta, se hace más importante asegurar la disponibilidad y fiabilidad de este tipo de generación eléctrica.

La presente invención se aplica a turbinas eólicas equipadas con generadores asincronos doblemente alimentados y con al menos un convertidor de potencia con la novedad de que permite, bajo determinadas circunstancias, la operación de la turbina como un sistema FC, como DFIG o como Asincrono (AS) , lo que redunda en una mayor disponibilidad de la turbina.

Adicionalmente la naturaleza inherentemente distribuida de la energía eólica provoca que no siempre se puedan asegurar tiempos de reacción y reparación de anomalías, tan breves como sería deseable. Este caso se pone especialmente de manifiesto en las turbinas eólicas marinas (offshore) en las que por distintas causas la accesibilidad puede verse reducida.

La presente invención soluciona la problemática anterior al proporcionar tolerancia ante anomalías en el convertidor de potencia y otros componentes del sistema de forma que permite una selección entre los modos de operación FC, DFIG o AS.

En el estado del arte actual se encuentran invenciones cuya finalidad es evitar la pérdida de disponibilidad en las turbinas eólicas debida a fallos de funcionamiento en los componentes del sistema, o protegerlos cuando puedan llegar a producirse condiciones críticas de funcionamiento en las que peligre la integridad de los propios componentes (por ejemplo, del convertidor de potencia) .

La solicitud de patente US20060214428A1 describe un método para conectar en paralelo convertidores de potencia de manera que ante un fallo de uno de ellos los demás puedan seguir funcionando evitando así la parada de la turbina eólica, funcionando siempre en modo DFIG.

La solicitud de patente EP1768223A2 describe una topología de convertidores de potencia colocados en paralelo y que atacan a diferentes bobinados del generador cuyo objeto es aumentar la eficiencia de la conversión y tolerar el fallo de alguno de los convertidores de potencia funcionando siempre en modo FC, de este modo, si uno de los convertidores falla se sigue generando potencia pero nunca se alcanzará la potencia nominal .

La solicitud de patente US20060227578A1 describe una pluralidad de convertidores colocados en paralelo y cuya salida se compone de un transformador con varios devanados conectados en serie. Esta propuesta, al igual que las anteriores, aumenta la tolerancia ante fallos del convertidor mediante el empleo de una pluralidad de convertidores .

La solicitud de patente US20070024059A1 describe la posibilidad de activar los semiconductores del convertidor de potencia en un modo de cortocircuito, de forma que se impide el paso de energía a través del convertidor evitando, por ejemplo, un flujo excesivo de potencia que pudiera llegar a dañarlo. No obstante, no permite la operación de la turbina en caso de no tener operativo el convertidor. Dicha situación puede producirse por ejemplo si fallan los semiconductores de la electrónica de potencia o si falla la electrónica de control del convertidor. La patente US7012409B2 describe un sistema en el que a través de un convertidor de potencia auxiliar es posible, ante contingencias de la red, controlar la potencia reactiva aportada y consumida de la red. La solicitud de patente WO2008/026973A1 describe un método de operación en el que el generador asincrono se conecta directamente a la red, o a través de un convertidor de potencia, con el objetivo de optimizar la producción para diferentes velocidades de giro. Actualmente, aquellos fallos en el aerogenerador que provocan un comportamiento anómalo del convertidor de potencia implican la pérdida, total o parcial, de generación de energía hasta que sea solventado el fallo, ya que el convertidor de potencia no puede ser operado correctamente.

La presente invención evita colocar convertidores de potencia redundantes, y asegura modos de operación alternativos para seguir generando hasta el 100% de la potencia nominal . DESCRIPCIÓN DE IA INVENCIÓN

Para conseguir los objetivos y resolver los inconvenientes anteriormente indicados, la invención consiste en un nuevo sistema de generación eléctrica diseñado de tal manera que permite el cambio entre los modos de operación FC, DFIG, y AS, permitiendo, en una realización preferida, funcionar hasta el 100 por 100 de la potencia nominal en alguno de los diferentes modos de operación en que puede funcionar sin que éste tenga elementos redundantes. Se entiende por potencia nominal, la potencia característica máxima de cada uno de los modos de operación (FC - DFIG - AS) .

Además son conocidos los siguientes modos de operación: - modo de operación FC, en él que se cortocircuita el bobinado del rotor del generador y el estator se conecta a la red a través de al menos un convertidor de potencia; - modo de operación DFIG, en el que el bobinado del rotor del generador se conecta a la red a través de al menos un convertidor de potencia y el estator se conecta directamente a la red;

- modo de operación AS, en el que se cortocircuita el bobinado del rotor del generador y el estator se conecta directamente a la red.

Se entiende como falta de operatividad parcial cualquier fallo de al menos un componente del sistema que impida funcionar generando el 100 por 100 de la potencia nominal en un modo de operación. La solución propuesta en esta invención permite generar hasta el 100 por 100 de la potencia nominal en al menos uno de los otros dos modos de operación.

En una realización preferida de la invención, las condiciones de entrada y salida a cada uno de los modos de operación son:

- falta de operatividad parcial del sistema,

- falta de operatividad total de los convertidores de potencia del sistema, - especificación del operador de red eléctrica,

- especificación del controlador general de parque eólico,

- criterios de optimización de rendimiento,

- reserva de potencia activa requerida por el controlador de la turbina eólica,

- aumento de disponibilidad durante labores de mantenimiento ,

- o cualquier combinación de las anteriores. Adicionalmente, en función de las condiciones de entrada, la invención permite seleccionar el modo de operación que maximice la generación de potencia del aerogenerador . El método de la invención precisa del empleo de los siguientes componentes: al menos un generador asincrono de rotor bobinado con al menos un estator eléctricamente independiente, al menos un convertidor de potencia con capacidad de controlar las corrientes rotóricas y/o estatóricas de dicho generador en amplitud, frecuencia y fase, y un conjunto de elementos de maniobra que permitan la conexión y desconexión de los componentes anteriores . Dicho método se caracteriza porque comprende operar según un modo de operación seleccionado entre FC, DFIG y AS. Se entiende por convertidor de potencia cualquier topología que emplee electrónica de potencia y el control asociado. Dichos elementos constituyen una unidad funcional encargada de controlar las magnitudes rotóricas y/o estatóricas, tales como las corrientes, de tal manera que permita entregar energía a la red eléctrica, funcionando a velocidad variable o fija. El convertidor de potencia puede ser una topología formada por uno o varios back-to-back (conversiones de AC - DC - AC reversibles, a través de un bus de continua, donde AC es corriente alterna y DC corriente continua) o cualquier otra topología que realice la funcionalidad comentada.

Cada uno de los convertidores de potencia puede ser gobernado por un controlador asociado a él . En el caso de que existan varios convertidores de potencia (con sus respectivos controladores) , debe haber al menos un controlador capaz de coordinar el funcionamiento de los diferentes convertidores.

En una realización preferida, varios convertidores de potencia pueden ser gobernados por un único controlador .

El diseño del generador asincrono de rotor bobinado tiene las siguientes características:

- Un estator formado por al menos un sistema eléctricamente independiente.

- Elementos de maniobra capaces de modificar la configuración de su rotor, de manera que permiten cortocircuitarlo y aislarlo del convertidor de potencia, o conectarlo al convertidor de potencia. El cortocircuitado del rotor del generador en el modo de funcionamiento DFIG es posible realizarlo mediante el cortocircuito franco o a través de otros elementos tales como resistencias, inductancias, condensadores, tiristores, IGBTs, diodos, o cualquier combinación de los elementos anteriores.

La presente invención tiene como objeto poder seleccionar y cambiar entre los tres modos de operación FC, DFIG y AS, para maximizar la potencia generada por la turbina eólica, pudiendo llegar a ser hasta del 100% de la potencia nominal en el modo de operación seleccionado incluso en condiciones de falta de operatividad parcial.

Cuando el generador es del tipo doblemente alimentado, el método contempla desconectar el rotor de dicho generador aislándolo del convertidor de potencia, cortocircuitar el rotor y efectuar la operación de la turbina eólica con el rotor del generador cortocircuitado y aislado del convertidor de potencia, para posibilitar la operación del generador de la turbina eólica en modo AS. Para conseguir la funcionalidad comentada, el procedimiento de la invención comprende las siguientes fases :

- detectar unas condiciones de salida del modo de operación actual, - detectar unas condiciones de entrada a al menos un modo de operación distinto del modo de operación actual,

- seleccionar el modo de operación distinto del modo de operación actual,

- funcionar en el modo de operación seleccionado, actuando sobre unos elementos de maniobra.

El método de operación para cambiar del modo FC al modo DFIG y una vez funcionando en DFIG, volver a pasar al modo FC, comprende las siguientes fases:

- detectar al menos una condición de salida del modo FC (p.ej. fallo parcial de algún elemento del sistema) ,

- desconectar, a través de la actuación de unos elementos de maniobra, el estator del generador de los convertidores a los que esté conectado, y desconectar los convertidores de potencia de la red. Desconectar el cortocircuito de rotor (establecido en el modo de funcionamiento FC) para conectar, a través de los elementos de maniobra el rotor del generador a al menos un convertidor de potencia que no esté en situación de falta de operatividad parcial, para funcionar en modo DFIG,

- operar el generador en modo DFIG realizando adaptaciones para permitir su acoplamiento a la red y generar potencia (por ejemplo, al menos, ajustes de regulación, consignas, límites de corriente, acoplamiento a la red, etc.)

- conectar el estator a la red para generar potencia, - detectar las condiciones de entrada al modo FC y cuando se cumplan estas condiciones, actuar sobre los elementos de maniobra para desconectar el sistema de la red y proceder a la activación del modo de operación FC. El método de operación para cambiar del modo FC al modo AS, y una vez funcionando en el modo AS pasar al FC o al DFIG, comprende las siguientes fases:

- detectar al menos una condición de salida del modo FC,

- desconectar, si previamente está conectado y actuando sobre unos elementos de maniobra, el estator del generador de los convertidores a los que esté conectado y desconectar los convertidores de la red. - operar el generador en modo AS realizando adaptaciones para permitir su acoplamiento a la red y generar potencia, (por ejemplo, al menos, ajustes de regulación, consignas, límites de corriente, acoplamiento a la red, etc.) - conectar el estator a la red para generar potencia,

- detectar las condiciones de entrada al modo DFIG y cuando se cumplan estas condiciones, actuar sobre los elementos de maniobra para desconectar el sistema de la red y proceder a la activación del modo de operación DFIG, o detectar las condiciones de entrada al modo FC y cuando se cumplan estas condiciones actuar sobre los elementos de maniobra para desconectar el sistema de la red y proceder a la activación del modo de operación FC. El método de operación para cambiar del modo DFIG al modo AS, y una vez funcionando en el modo AS pasar al FC o al DFIG, comprende las siguientes fases:

- detectar al menos una condición de salida del modo DFIG, - desconectar, si previamente está conectado y actuando sobre unos elementos de maniobra, el estator del generador de la red. A través de los elementos de maniobra, desconectar los convertidores de potencia del rotor del generador y de la red, para funcionar en modo AS ,

- actuar sobre unos elementos de maniobra, para cortocircuitar el rotor del generador, - operar el generador en modo AS realizando adaptaciones para permitir su acoplamiento a la red y generar potencia, (por ejemplo, al menos, ajustes de regulación, consignas, límites de corriente, acoplamiento a la red, etc.) - conectar el estator a la red para generar potencia,

- detectar las condiciones de entrada al modo DFIG y cuando se cumplan estas condiciones actuar sobre los elementos de maniobra para desconectar el sistema de la red y proceder a la activación del modo de operación DFIG, o detectar las condiciones de entrada al modo FC y cuando se cumplan estas condiciones actuar sobre los elementos de maniobra para desconectar el sistema de la red y proceder a la activación del modo de operación FC. En consecuencia, para implantar el método anterior el sistema incluye, además de los elementos necesarios para el control del aerogenerador :

- elementos de maniobra para conectar/desconectar el convertidor de potencia del estator del generador, del rotor del generador, y de la red,

- elementos de maniobra para conectar/desconectar el estator del generador de la red,

- elementos de maniobra para cortocircuitar el rotor del generador constituidos por una pluralidad de elementos seleccionados entre elementos activos, elementos pasivos y combinación de los mismos. Se entiende por elementos activos aquellos que se pueden maniobrar de manera automática (tales como, contactores, interruptores de estado sólido) y por elementos pasivos aquellos que no se pueden maniobrar (por ejemplo, resistencias, inductancias, capacidades) .

Además de los elementos anteriores, en una realización preferida de la invención se incluyen medios convencionales para reducir el pico de corriente asociado al acoplamiento de un generador asincrono (rotor cortocircuitado) como por ejemplo arrancadores suaves (soft starter) . El método anteriormente descrito se puede ejecutar mediante elementos de maniobra tanto dependientes como independientes del convertidor. Se entiende por elementos dependientes del convertidor la electrónica de potencia y elementos de maniobra asociados a él. Se entiende por elementos independientes del convertidor la electrónica de potencia y elementos de maniobra no asociados a él .

El método también permite la posibilidad de controlar la resistencia rotórica cortocircuitando el rotor del generador mediante el cortocircuito franco o a través de otros elementos tales como resistencias, inductancias, condensadores, tiristores, IGBTs, diodos, o cualquier combinación de los elementos anteriores .

Aquellos convertidores o componentes del convertidor no encargados del control del generador, siempre que se encuentren operativos, pueden ser utilizados para la generación de potencia reactiva.

A continuación para facilitar una mejor comprensión de esta memoria descriptiva y formando parte integrante de la misma, se acompañan una serie de figuras en las que con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado el objeto de la invención.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGTJRAS

Figura 1.- Muestra un esquema general del sistema de acuerdo a una realización preferida de la invención. Figura 2.- Muestra un esquema general del sistema de acuerdo a una realización preferida de la invención que incluye n convertidores de potencia.

Figura 3. - Muestra un esquema general del sistema funcionando en el modo de operación FC.

Figura 4. - Muestra un esquema general del sistema funcionando en el modo de operación DFIG.

Figura 5.- Muestra un esquema general del sistema funcionando en el modo de operación AS. Figura 6.- Muestra un esquema general del sistema de acuerdo a una realización preferida de la invención donde parte de los convertidores de potencia se destinan al control del generador y otros convertidores, no encargados del control del generador, se destinan al control de potencia reactiva entregada directamente a la red.

Figura 7.- Muestra un esquema general del sistema de acuerdo a una realización preferida de la invención.

DESCRIPCIÓN DE LA FORMA DE REALIZACIÓN PREFERIDA

A continuación se realiza una descripción de la invención basada en las figuras anteriormente comentadas.

El método de la invención comprende operar el sistema según un modo de operación seleccionado entre FC, DFIG y AS.

El cambio del modo de operación se realiza cuando el sistema está desconectado de la red y sin generar potencia, mediante los diferentes elementos de maniobra y mediante la modificación del control del sistema eléctrico.

En el cambio a cualquiera de los tres modos de operación es necesario adaptar el funcionamiento de los diferentes subsistemas del aerogenerador como, por ejemplo, control de pitch, control de yaw, curva de potencia, control de convertidores de potencia, entre otros .

A continuación se describen las diferentes formas de adaptar el funcionamiento del sistema actuando sobre los diferentes subsistemas según el caso particular representado en la figura 1 donde el sistema comprende dos convertidores de potencia (101) y (102) y un generador (110) . En los convertidores de potencia (101) y (102) están incluidos los controladores necesarios para su funcionamiento.

En el modo de operación FC (Figura 3), se representa la turbina eólica actuando como un sistema FC por lo que el elemento de maniobra 105 deberá estar cerrado cortocircuitando el rotor (113) del generador; el rotor está eléctricamente aislado mediante los elementos de maniobra 104 y 106 abiertos, y el estator del generador se conecta a los convertidores de potencia mediante los elementos de maniobra (115) y (116) cerrados. Toda la potencia del generador se evacúa a través de los elementos de maniobra 109 y 107 conectados a los convertidores de potencia. Los convertidores de potencia están conectados a la red mediante los elementos de maniobra 103 y 108 (cerrados) . La conexión a la red se puede realizar directamente o a través de un transformador (114) .

En caso de fallo de uno de los convertidores de potencia (101, 102) , se pasa al modo de operación DFIG

(Figura 4) , para funcionar en el modo DFIG. A pesar de haber habido un fallo en el sistema, con este nuevo modo de operación se puede llegar a trabajar hasta al 100 % de la potencia nominal.

En caso de fallo del convertidor de potencia (101) y que no pueda ser utilizado para el control del generador, se procede al cambio de configuración del modo de operación FC al modo de operación DFIG. El proceso comienza por aislar el convertidor de potencia (101) o una parte del mismo (101a y/o 101b) en la que se ha producido un fallo abriendo los elementos de maniobra (109 y/o 103 y 104) . El estator del generador está aislado de la red (elementos de maniobra 115 y 116 abiertos) . Para funcionar como generador asincrono doblemente alimentado se conecta el convertidor de potencia (102) al rotor (113) del generador (110), elemento de maniobra 107 abierto, elemento de maniobra 106 cerrado, y el elemento de maniobra 105 abierto para deshacer el cortocircuito del rotor del generador, y el estator del generador se conecta a la red mediante los elementos de maniobra (115) y (116) cerrados. Por último, para evacuar la potencia estatórica generada en el modo DFIG los elementos de maniobra (100, 111, 115 Y 116) están cerrados. En el caso de que el convertidor de potencia (101) esté inhabilitado para el funcionamiento en el modo FC y alguno de sus componentes (101a o 101b) esté operativo, éste podrá ser utilizado para la generación de potencia reactiva. Se procede al cierre del elemento de maniobra (109) en caso de fallo de la parte 101b (estando el 101a operativo) o del cierre del elemento de maniobra (103) en caso de fallo de la parte (101a) (estando el 101b operativo) .

En caso de fallo del convertidor de potencia (101) y del convertidor de potencia (102), se procede al cambio de configuración del modo de operación DFIG al modo de operación AS (Figura 5) . El proceso comienza por aislar los dos convertidores de potencia en fallo (101a y/o 101b) y (102a y/o 102b) , con los elementos de maniobra (104 y 106) abiertos, y los elementos de maniobra necesarios para aislar la parte del convertidor en fallo (109, 103, 107 y 108) . El estator del generador está aislado de la red (elementos de maniobra 115 y 116 abiertos) . Para funcionar como generador asincrono directamente conectado a la red, el estator del generador se conecta a la red mediante los elementos de maniobra 115 y 116 cerrados, el rotor (113) del generador (110) se cortocircuita con el elemento de maniobra (105) cerrado. Por último, para evacuar la potencia estatórica generada, los elementos de maniobra (100 y 111) están cerrados. En este caso, en el que fallan todos los convertidores de potencia, el sistema puede seguir trabajando hasta al 100% de la potencia nominal del modo de funcionamiento AS. En el caso de que alguno de los componentes de los convertidores de potencia (101a, 101b, 102a, 102b) estén operativos, éstos podrán ser utilizados para la generación de potencia reactiva. Se procede, de forma similar al caso anterior, realizando la apertura de los elementos de maniobra de los componentes en fallo y el cierre de los elementos de maniobra correspondientes a los componentes que están operativos. En caso de falta de operatividad parcial o total del generador (110) o en condiciones de falta de viento, se desconecta el generador (110) de la red mediante los elementos de maniobra 115, 116, 104 y 106. Se cierran los elementos de maniobra 100, 111, 109, 107 y 103 y 108. En este caso los convertidores de potencia (101a, 101b, 102a, 102b) podrán ser utilizados para la generación de potencia reactiva.

Para cualquier persona familiarizada con la materia es evidente que la invención es aplicable a un aerogenerador doblemente alimentado, ya que puede ser operado en modo DFIG o AS. Para ello, tal y como se muestra en la figura 7, es necesario el uso de un convertidor de potencia (702) para permitir el acoplamiento del aerogenerador a la red eléctrica (703) a velocidad variable. El generador (704) es del tipo generador de inducción de rotor bobinado cuyos devanados son accesibles al convertidor de potencia (702) , a través de anillos rozantes, lo que permite que el convertidor de potencia (702) alimente el rotor del generador (de aquí recibe el nombre de máquina doblemente alimentada, DFIG en inglés) .

En la configuración del estado de la técnica actual, los elementos de maniobra son un interruptor (707) que permite desconectar el convertidor de potencia (702) de la red eléctrica (703) , y un interruptor (705) para conectar y desconectar el estator de la red eléctrica (703) . Los elementos de maniobra (705 y 707) pueden ser contactores, conmutadores, magnetotérmicos, etc. El controlador del aerogenerador (709) , se encarga de supervisar y actuar sobre todos los subsistemas que componen el aerogenerador, tales como, el grupo hidráulico, sistema de piten, sistema de orientación del aerogenerador (yaw) , sistemas de supervisión de condiciones atmosféricas y de red eléctrica, controlador del convertidor de potencia (710), etc.

En el modo de operación DFIG de un aerogenerador, el convertidor de potencia (702) se encarga de inyectar al rotor del generador (704), corrientes tales que permiten la generación de energía a velocidad variable.

En la invención se introducen un conjunto de elementos de maniobra (708 y 713), entre el rotor del generador y el convertidor de potencia (702) . Dichos elementos, en una realización preferida, son externos al convertidor de potencia (702) y operados por el controlador del aerogenerador (709) , junto con el resto de los subsistemas anteriormente mencionados. En otra realización los elementos de maniobra (708 y 713) son controlados por el controlador del convertidor de potencia (710) o por una combinación de ambos controladores (709 y 710) .

En otra realización preferida de la invención

(Figura 2), se dispone de un sistema con "n" convertidores de potencia en los que están incluidos los controladores necesarios para su funcionamiento (en la

Figura 6 se particulariza para n = 6 convertidores) que permite :

1.- Seleccionar el modo de operación. 2. - Dentro del mismo modo de operación, en aquellas condiciones en las que la potencia extraíble es inferior a la potencia nominal, seleccionar los elementos que han de estar activos y no activos y la carga a la que trabajan. 3. - Dentro del mismo modo de operación, seleccionar los convertidores de potencia destinados al control del generador, y seleccionar los convertidores, o sus componentes, no encargados del control del generador, destinados a la generación de la potencia reactiva inyectada a la red directamente.

En la Figura 6 se presenta el caso particular del sistema funcionando en el modo de operación DFIG, en el que :

- los convertidores (601, 602, 603 y 606b) funcionan correctamente,

- los convertidores (604 y 605) presentan falta de operatividad parcial,

- el convertidor (606a) funciona correctamente pero se encuentra desconectado.

Claims

REIVINDICACIONES

1. MÉTODO PARA OPERAR UN AEROGENERADOR que incluye al menos un generador asincrono de rotor bobinado con al menos un estator eléctricamente independiente; al menos un convertidor de potencia con capacidad de controlar las corrientes del generador seleccionadas entre rotóricas, estatóricas y combinación de las mismas en amplitud, frecuencia y fase; caracterizado porque comprende operar el sistema según un modo de operación seleccionado entre FuIl Converter (FC) , doblemente alimentado (DFIG) , y asincrono (AS) , mediante un conjunto de elementos de maniobra.

2. MÉTODO PARA OPERAR UN AEROGENERADOR según reivindicación 1 en el que el generador es del tipo doblemente alimentado y que comprende desconectar el rotor del generador asincrono doblemente alimentado aislándolo del convertidor de potencia, cortocircuitar el rotor de dicho generador y efectuar la operación de la turbina eólica con el rotor del generador cortocircuitado y aislado del convertidor de potencia, para posibilitar la operación del generador de la turbina eólica en modo asincrono (AS) .

3. MÉTODO PARA OPERAR UN AEROGENERADOR según reivindicación 1 y 2, caracterizado porque comprende las siguientes fases:

- detectar unas condiciones de salida del modo de operación actual,

- detectar unas condiciones de entrada a al menos un modo de operación distinto del modo de operación actual,

- seleccionar el modo de operación distinto del modo de operación actual,

4. MÉTODO PARA OPERAR UN AEROGENERADOR según reivindicación 1, caracterizado porque el cambio del modo de operación FuIl Converter (FC) al modo de operación doblemente alimentado (DFIG) comprende las siguientes fases:

- detectar al menos una condición de salida del modo FuIl Converter (FC) , detectar las condiciones de entrada al modo doblemente alimentado (DFIG) , - desconectar el estator del generador de los convertidores de potencia a los que esté conectado, desconectar los convertidores de potencia de la red, desconectar el cortocircuito de rotor, y conectar el rotor del generador a al menos un convertidor de potencia que no esté en situación de falta de operatividad parcial, actuando sobre unos elementos de maniobra, para funcionar en modo doblemente alimentado (DFIG) ,

- operar el generador en modo doblemente alimentado (DFIG) realizando adaptaciones para el modo doblemente alimentado (DFIG) , para acoplar el generador a la red y generar potencia,

- conectar el estator a la red para generar potencia,

- detectar las condiciones de entrada al modo FuIl Converter (FC) y activación de dicho modo cuando se cumplan las mismas .

5. MÉTODO PARA OPERAR UN AEROGENERADOR según reivindicación 1, caracterizado porque el cambio del modo de operación FuIl Converter (FC) a asincrono (AS) comprende las siguientes fases:

- detectar al menos una condición de salida del modo FuIl Converter (FC) , detectar las condiciones de entrada al modo asincrono (AS) , desconectar, el estator del generador de los convertidores de potencia a los que. esté conectado y desconectar los convertidores de potencia de la red, actuando sobre unos elementos de maniobra, - operar el generador en modo asincrono (AS) realizando adaptaciones para el modo asincrono (AS) , para acoplar el generador a la red y generar potencia,

- conectar el estator a la red para generar potencia,

- detectar las condiciones de entrada al modo seleccionado entre doblemente alimentado (DFIG) y FuIl

Converter (FC) , y activación del modo seleccionado cuando se cumplan las mismas .

6. MÉTODO PARA OPERAR UN AEROGENERADOR según reivindicación 2, caracterizado porque el cambio del modo de operación doblemente alimentado (DFIG) a asincrono (AS) comprende las siguientes fases:

- detectar al menos una condición de salida del modo doblemente alimentado (DFIG) , detectar las condiciones de entrada al modo asincrono (AS) ,

- desconectar el estator del generador de la red, desconectar los convertidores de potencia del rotor del generador y de la red, actuando sobre unos elementos de maniobra, para funcionar en modo asincrono (AS) ,

- cortocircuitar el rotor del generador, actuando sobre unos elementos de maniobra,

- operar el generador en modo asincrono (AS) realizando adaptaciones para el modo asincrono (AS) , para acoplar el generador a la red y generar potencia,

- conectar el estator a la red para generar potencia,

- detectar las condiciones de entrada al modo seleccionado entre doblemente alimentado (DFIG) y FuIl Converter (FC) , y activación del modo seleccionado cuando se cumplan las mismas.

7. MÉTODO PARA OPERAR UN AEROGENERADOR, según reivindicación 1, caracterizado porque comprende controlar la resistencia rotórica cortocircuitando el rotor del generador.

8. MÉTODO PARA OPERAR UN AEROGENERADOR, según reivindicación 2, caracterizado porgue comprende reducir el pico de corriente que resulta al acoplar a la red un generador asincrono.

9. MÉTODO PARA OPERAR UN AEROGENERADOR, según reivindicación 1, caracterizado porque comprende,

- seleccionar los convertidores de potencia destinados al control del generador, y - seleccionar los convertidores de potencia, o sus componentes; que no están encargados del control del generador, y que están destinados a la generación de potencia reactiva que se inyecta directamente a la red.

10. MÉTODO PARA OPERAR UN AEROGENERADOR, según reivindicación 3, caracterizado porque las condiciones de entrada y salida están seleccionadas entre:

- falta de operatividad parcial del sistema,

- falta de operatividad total de los convertidores de potencia del sistema,

- especificación del operador de red eléctrica, especificación del controlador general del parque eólico,

- criterios de optimización de rendimiento, - reserva de potencia activa requerida por el controlador de la turbina eólica, aumento de disponibilidad durante labores de mantenimiento , - cualquier combinación de las anteriores .

11. SISTEMA PARA OPERAR UN AEROGENERADOR, que incluye al menos un generador asincrono de rotor bobinado con al menos un estator eléctricamente independiente; al menos un convertidor de potencia con capacidad de controlar las corrientes del generador seleccionadas entre rotóricas, estatóricas y combinación de las mismas en amplitud, frecuencia y fase; caracterizado porque comprende :

- elementos de maniobra de conexión/desconexión de los convertidores de potencia del estator del generador, del rotor del generador, y de la red,

- elementos de maniobra de conexión/desconexión del estator del generador de la red,

- elementos de maniobra para cortocircuitar el rotor del generador, constituidos por una pluralidad de elementos seleccionados entre elementos activos, elementos pasivos y combinación de los mismos.

12. SISTEMA PARA OPERAR UN AEROGENERADOR, según reivindicación 11, caracterizado porque los elementos activos y los elementos pasivos que constituyen los elementos de maniobra están constituidos por elementos seleccionados entre elementos dependientes de los convertidores de potencia e independientes de los convertidores de potencia.

13. SISTEMA PARA OPERAR UN AEROGENERADOR, según reivindicación 11, caracterizado porque los elementos pasivos están seleccionados entre resistencias, inductancias , capacidades, y combinación de ellos.

14. SISTEMA PARA OPERAR UN AEROGENERADOR, según reivindicación 11, caracterizado porque los elementos activos están seleccionados entre diodos, transistores, tiristores, semiconductores controlables electrónicamente y combinación de ellos.

15. SISTEMA PARA OPERAR UN AEROGENERADOR, según reivindicación 11, caracterizado porque comprende medios para reducir el pico de corriente al acoplar a la red un generador asincrono.