BR102013009446B1

BR102013009446B1 - sistema estabilizador e conversor de controlador

Info

Publication number: BR102013009446B1
Application number: BR102013009446-3A
Authority: BR
Inventors: Einar Vaughn Larsen
Original assignee: General Electric Company
Priority date: 2012-04-24
Filing date: 2013-04-18
Publication date: 2020-06-30
Also published as: CN203456878U; EP2658112B1; DK2658112T3; EP2658112A3; ES2833123T3; EP2658112A2; US9093928B2; BR102013009446A8; BR102013009446A2; US20130278308A1

Abstract

A presente invenção refere-se genericamente ao controle da operação de sistemas de geração e distribuição de energia, e mais especificamente, à estabilização de um conversor de energia após a ocorrência de uma contingência na grade elétrica. O sistema estabilizador (182), associado a um controlador (44) de conversor de energia compreende um estabilizador (186) de regulador configurado para receber um sinal (190) de erro de loop travado por fase e gerar um sinal (188) de estabilização do regulador com base pelo menos em parte no sinal de erro de loop travado por fase; e um regulador (184, 204) acoplado ao dito estabilizador do regulador e um controlador (156) de interface de conversor; o dito regulador configurado para receber o sinal de estabilização do regulador; gerar um primeiro sinal de comando (192, 166), com base pelo menos em parte no sinal de estabilização do regulador, que reduz oscilações do sistema; e transmitir o primeiro sinal de comando para o controlador de interface do conversor.

Description

SISTEMA ESTABILIZADOR E CONVERSOR DE CONTROLADOR

Campo da Invenção

[001] A presente invenção refere-se genericamente ao controle da operação de sistemas de geração e distribuição de energia, e mais especificamente, à estabilização de um conversor de energia após a ocorrência de uma contingência na grade elétrica.

Antecedentes da Invenção

[002] Geradores de turbina eólica utilizam energia eólica para produzir energia elétrica. Geradores de turbina eólica incluem tipicamente um rotor tendo múltiplas lâminas que transformam energia em movimento rotativo de um eixo de transmissão, o qual por sua vez é utilizado para acionar um gerador elétrico para produzir energia elétrica. Cada uma das múltiplas lâminas pode ser inclinada para aumentar ou diminuir a velocidade de rotação do rotor. Uma potência de saída de um gerador de turbina eólica aumenta com a velocidade do vento até que a velocidade do vento alcance uma velocidade de vento recomendada para a turbina. Na velocidade de vento recomendada para a turbina e acima dela, o gerador de turbina eólica opera a uma energia recomendada.

[003] A operação a uma velocidade variável do gerador de turbina eólica facilita uma melhor captura de energia pelo gerador de turbina eólica se comparada a uma operação de velocidade constante do gerador de turbina eólica. Entretanto, a operação com velocidade variável do gerador de turbina eólica produz eletricidade tendo tensão e/ou frequência variante(s). Mais especificamente, a frequência da eletricidade gerada pelo gerador de turbina eólica de velocidade variável é proporcional à velocidade de rotação do rotor. Um conversor de energia pode ser acoplado entre o gerador elétrico e uma grade elétrica. O conversor de energia transmite eletricidade tendo uma tensão e frequência fixas para distribuição na grade elétrica.

[004] A energia gerada por uma fornecedora de energia, utilizando fontes renováveis de energia ou fontes de energia com base em combustível fóssil, é tipicamente distribuída para um cliente por uma grade elétrica. Requer-se que a eletricidade aplicada à grade elétrica satisfaça expectativas de conectividade de grade. Esses requisitos vão de encontro a questões de segurança e também a preocupações com a qualidade da energia. Por exemplo, as expectativas de conectividade de grade incluem operar o sistema de geração de energia durante uma ocorrência transitória, também chamada aqui de ocorrência de falha na grade ou ocorrência de contingência na grade. Essa capacidade pode ser chamada de travessia a baixa tensão (Low Voltage Ride Through - LVRT) ou travessia a tensão zero (Zero Voltage Ride Through - ZVRT). Uma ocorrência (LVRT/ZVRT) é uma condição na qual a tensão de corrente alternada (CA) fornecida é baixa em uma fase da grade elétrica ou em múltiplas fases da grade elétrica. Durante uma ocorrência LVRT/ZVRT, a capacidade da grade elétrica de aceitar energia do sistema de geração de energia é baixa. Em seguida a ações de comutação na grade externa, a impedância da grade pode aumentar substancialmente, levando a uma condição chamada aqui de uma “grade fraca”.

[005] A operação do conversor de energia é controlada para facilitar é controlada para facilitar a LVRT/ZVRT. Uma vez que a LVRT/ZVRT se dissipa, o conversor de energia é controlado para facilitar a reparação depois da ocorrência e devolver o sistema de geração de energia para uma operação em estado estacionário. Durante a reparação, oscilações no sistema podem provocara instabilidade, por exemplo, instabilidade em uma potência de saída pelo conversor de energia.

Descrição da Invenção

[006] Em uma realização, é proporcionado um sistema estabilizador associado a um controlador de conversor de energia. O sistema estabilizador inclui um estabilizador de regulador configurado para receber um sinal de erro de loop travado por fase (Phase Locked Loop - PLL) e gerar um sinal de estabilização do regulador com base pelo menos em parte no sinal de erro de PLL. O sistema estabilizador também inclui um regulador acoplado ao estabilizador de regulador e um controlador de interface de conversor. O regulador é configurado para receber o sinal de estabilização do regulador, gerar um primeiro sinal de comando, com base pelo menos em parte no sinal de estabilização do regulador, que reduz oscilações do sistema, e transmitir o primeiro sinal de comando para o controlador de interface do conversor.

[007] Em outra realização, um controlador de conversor para controlar a operação de um conversor de energia é proporcionado. O controlador de conversor inclui um sistema estabilizador para receber um sinal de erro de um circuito travado por fase (PLL) e gerar um primeiro sinal de comando, com base pelo menos em parte no sinal de erro de PLL, que reduz oscilações do sistema. O controlador do conversor também inclui um controlador de interface do conversor comunicativamente acoplado ao sistema estabilizador e configurado para gerar sinais de controle com base pelo menos em parte no primeiro sinal de comando e transmitir os sinais de controle para um conjunto de conversão de energia.

[008] Em mais outra realização, é proporcionado um método para controlar uma geração de energia e um sistema de distribuição que inclui um gerador elétrico, um conversor de energia, e um controlador. O método inclui monitorar um parâmetro de saída da geração de energia e um sistema de distribuição indicativo de oscilações do sistema. O método também inclui gerar, utilizando o controlador, um sinal de comando com base pelo menos em parte no parâmetro de saída. O método também inclui uma operação de controle do conversor de energia com base pelo menos em parte no sinal de comando para reduzir oscilações do sistema.

Breve Descrição dos Desenhos

[009] A Figura 1 é um diagrama de blocos de um sistema de geração de energia.

[010] A Figura 2 é uma vista em perspectiva de uma porção de uma turbina eólica que pode ser usada no sistema de geração de energia mostrado na Figura 1.

[011] A Figura 3 é uma vista parcialmente em corte de uma porção da turbina eólica mostrada na Figura 2.

[012] A Figura 4 é um diagrama de blocos da turbina eólica mostrada na Figura 2.

[013] A Figura 5 é um diagrama de blocos de um sistema de geração e distribuição de energia que pode incluir a turbina eólica mostrada na Figura 2.

[014] A Figura 6 é um diagrama de blocos de um sistema de controle de conversor que pode ser incluído dentro do sistema de geração e distribuição de energia mostrado na Figura 5.

[015] A Figura 7 é um diagrama de blocos de um sistema estabilizador que pode ser incluído dentro do sistema de controle de conversor mostrado na Figura 6.

[016] A Figura 8 é um diagrama de blocos de um sistema de controle de conversor alternativo que pode estar incluído dentro do sistema de geração e distribuição de energia mostrado na Figura 5.

[017] As Figuras 9-18 são vistas gráficas ilustrando a operação de um sistema de geração e distribuição de energia após a ocorrência de uma contingência na grade.

[018] A Figura 19 é um fluxograma de um método para controlar o sistema de geração e distribuição de energia mostrado na Figura 5.

Descrição de Realizações da Invenção

[019] Como usado aqui, o termo “lâmina” se destina a ser representativo de qualquer dispositivo que proporcione força reativa quando em movimento com relação a um fluido circundante. Como usado aqui, o termo “turbina eólica” se destina a ser representativo de qualquer dispositivo que gere energia de rotação a partir de energia eólica, e, mais especificamente, converta a energia cinética do vento em energia mecânica. Como usado aqui, o termo “gerador de turbina eólica” se destina a ser representativo de qualquer turbina eólica que gere energia elétrica a partir de energia para rotação gerada a partir de energia eólica, e, mais especificamente, converta energia mecânica convertida da energia cinética do vento em energia elétrica.

[020] Efeitos técnicos dos métodos, sistemas, e meios legíveis por computador descritos aqui incluem pelo menos um dentre: (a) monitorar um parâmetro de saída do sistema de geração e distribuição de energia, em que oscilações dentro do parâmetro de saída correspondem a oscilações do sistema; (b) gerar um sinal de comando com base pelo menos em parte no parâmetro de saída; e, (c) controlar a operação do conversor de energia com base pelo menos em parte no sinal de comando para reduzir oscilações do sistema.

[021] Os métodos, sistemas, e meios legíveis por computador descritos aqui facilitam a redução de oscilações no sistema que podem ocorrer durante a reparação de uma ocorrência de contingência na grade. Como descrito aqui, um estabilizador de regulador de tensão gera um sinal de estabilização de regulador de tensão com base pelo menos em parte em um erro de PLL medido. O sinal de estabilização de regulador de tensão é proporcionado para um regulador de tensão que determina um comando de corrente reativa com base pelo menos em parte no sinal de estabilização de regulador de tensão. Além disso, um estabilizador de regulador de energia pode gerar um sinal de estabilização de regulador de energia com base pelo menos em parte no erro de PLL medido. O sinal de estabilização de regulador de energia é proporcionado para um regulador de energia que determina um comando de corrente real com base pelo menos em parte no sinal de estabilização de regulador de energia. O controle da saída de corrente reativa e/ou da saída de corrente real do conversor de energia como função do erro de PLL facilita a redução de oscilações no sistema que possam ocorrer durante a reparação de uma ocorrência de contingência na grade. Além disso, a redução de oscilações no sistema estabiliza o sistema de geração de energia e a rede elétrica. Embora geralmente descritos aqui com relação a uma turbina eólica, os métodos e sistemas descritos aqui são aplicáveis a qualquer tipo de sistema de geração elétrica incluindo, por exemplo, sistemas de geração de energia solar, células de combustível, geradores geotérmicos, geradores de hidroenergia, e/ou outros dispositivos que geram energia a partir de fontes de energia renováveis e/ou não renováveis.

[022] A Figura 1 é um diagrama de blocos de um sistema de geração de energia 10 que inclui um gerador de energia 12. O gerador de energia 12 inclui uma ou mais unidades de geração de energia 14. As unidades de geração de energia 14 podem incluir, por exemplo, turbinas eólicas, células solares, células de combustível, geradores geotérmicos, geradores de hidroenergia, e/ou outros dispositivos que geram energia a partir de fontes de energia renovável e/ou não renováveis. Embora três unidades de geração de energia 14 sejam mostradas na realização, em outras realizações, o gerador de energia 12 pode incluir qualquer número adequado de unidades de geração de energia 14, incluindo apenas uma unidade de geração de energia 14.

[023] Na realização, o gerador de energia 12 está acoplado a um conversor de energia 16, ou a um sistema conversor de energia 16, que converte uma potência de saída de corrente substancialmente contínua (CC) do gerador de energia 12 em uma energia de corrente alternada (CA). A energia CA é transmitida para uma rede de distribuição elétrica 18, ou “grade”. O conversor de energia 16, na realização, ajusta uma amplitude da tensão e/ou corrente da energia CA convertida para uma amplitude adequada para a rede de distribuição elétrica 18, e proporciona energia CA a uma frequência e a uma fase que são substancialmente iguais à frequência e à fase da rede de distribuição elétrica 18. Além disso, na realização, o conversor de energia 16 proporciona energia de CA trifásica para a rede de distribuição elétrica 18. Alternativamente, o conversor de energia 16 proporciona energia de CA monofásica para qualquer outro número de fases de energia de CA para a rede de distribuição elétrica 18. Além disso, em algumas realizações, o sistema de geração de energia 10 pode incluir mais que um conversor de energia 16. Por exemplo, em algumas realizações, cada unidade de geração de energia pode estar acoplada a um conversor de energia separado 16.

[024] Em uma realização, unidades de geração de energia 14 incluem painéis solares acoplados para formar um ou mais arranjos solares para facilitar a operação do sistema de geração de energia 10 a uma potência de saída desejada. Cada unidade de geração de energia 14 pode ser um painel solar individual ou um arranjo de painéis solares. Em uma realização, o sistema de geração de energia 10 inclui uma pluralidade de painéis solares e/ou arranjos solares acoplados em conjunto em uma configuração em série - em paralelo para facilitar a geração de uma saída desejada de corrente e/ou tensão a partir do sistema de geração de energia 10. Os painéis solares incluem, em uma realização, um ou mais dentre um painel fotovoltaico, um coletor térmico solar, ou qualquer outro dispositivo que converta energia solar em energia elétrica. Na realização, cada painel solar é um painel fotovoltaico que gera uma energia de corrente substancialmente contínua como resultado da energia solar incidindo em painéis solares. Na realização, o arranjo solar está acoplado ao conversor de energia 16, ou ao sistema conversor de energia 16, que converte a energia de CC em energia de corrente alternada que é transmitida para a rede de distribuição elétrica 18.

[025] Em outras realizações, as unidades de geração de energia 14 incluem uma ou mais turbinas eólicas acopladas para facilitar a operação do sistema de geração de energia 10 em uma potência de saída desejada. Cada turbina eólica gera energia de corrente substancialmente contínua. As turbinas eólicas estão acopladas ao conversor de energia 16, ou ao sistema conversor de energia 16, que converte a energia de CC em energia de CA que é transmitida para uma rede de distribuição elétrica, ou “grade”. Serão descritos aqui ainda métodos e sistemas com referência a um sistema de geração de energia com base em turbina eólica como esse. Entretanto, os métodos e sistemas descritos aqui são aplicáveis a qualquer tipo de sistema de geração elétrica incluindo, por exemplo, células de combustíveis, geradores geotérmicos, geradores de hidroenergia, e/ou outros dispositivos que geram energia a partir de fontes de energia renováveis e/ou não renováveis.

[026] A Figura 2 é uma vista em perspectiva de uma turbina eólica 20 que pode ser usada no sistema de geração de energia 10. A Figura 3 é uma vista em perspectiva parcialmente em corte de uma porção de uma turbina eólica 20. A turbina eólica 20 descrita e mostrada aqui é um gerador de turbina eólica para gerar energia elétrica a partir da energia do vento. Além disso, a turbina eólica 20 descrita e ilustrada aqui inclui uma configuração de eixo geométrico horizontal. Entretanto, em algumas realizações, a turbina eólica 20 pode incluir, além da configuração de eixo geométrico horizontal ou como alternativa à mesma, uma configuração de eixo geométrico vertical (não mostrada). A turbina eólica 20 pode estar acoplada a uma carga elétrica (não mostrada na Figura 2), tal como, mas não apenas, uma grade de energia, para receber energia elétrica da mesma para acionar a operação da turbina eólica 20 e/ou seus componentes associados e/ou para fornecer energia elétrica gerada pela turbina eólica 20 para os mesmos. Embora apenas uma turbina eólica 20 seja mostrada nas Figuras 2 e 3, em algumas realizações uma pluralidade de turbinas eólicas 20 podem ser agrupadas em conjunto, o que se chama algumas vezes de “usina eólica”.

[027] A turbina eólica 20 inclui um corpo ou nacela 22 e um rotor (geralmente designado por 24) acoplado à nacela 22 para rotação com relação à nacela 22 em torno de um eixo geométrico de rotação 26. Na realização a, a nacela 22 é montada em uma torre 28. Entretanto, em algumas realizações, além da nacela montada em torre 22 ou alternativamente a essa posição, a nacela 22 pode estar posicionada adjacente ao chão e/ou a uma superfície d’água. A altura da torre 28 pode ser qualquer altura adequada que permita à turbina eólica 20 funcionar como descrito aqui. O rotor 24 inclui um cubo 30 e uma pluralidade de lâminas 32 (algumas vezes chamadas de “aerofólios”) estendendo-se radialmente para fora a partir do cubo 30 para converter energia eólica em energia de rotação. Embora o rotor 24 seja descrito e ilustrado aqui como tendo três lâminas 32, o rotor 24 pode ter um número qualquer de lâminas 32. As lâminas 32 podem ter qualquer comprimento que permita à turbina eólica 20 funcionar como descrito aqui. Por exemplo, em algumas realizações, uma ou mais lâminas 32 de rotor tem (têm) um comprimento de cerca de meio metro, embora em algumas realizações uma ou mais lâminas 32 de rotor tenham um comprimento de cerca de cinquenta metros. Outros exemplos de comprimentos de lâmina 32 incluem dez metros ou menos, cerca de vinte metros, cerca de trinta e sete metros, e cerca de quarenta metros. Outros exemplos ainda incluem lâminas de rotor entre cerca de cinquenta e cerca de cem metros de comprimento, e lâminas de rotor maiores que cem metros de comprimento.

[028] A despeito de como as lâminas 32 de rotor sejam ilustradas na Figura 2, o rotor 24 pode ter lâminas 32 de qualquer formato, e pode ter lâminas 32 de qualquer tipo e/ou de qualquer configuração, seja essa forma, tipo, e/ou configuração descrita e/ou ilustrada aqui. Um exemplo de outro tipo, forma e/ou configuração de lâminas 32 é uma turbina eólica Darrieus, algumas vezes chamada de uma turbina “batedeira”. Mais outro exemplo de outro tipo, forma e/ou configuração de lâminas 32 é uma turbina eólica Savonious. Além disso, uma turbina eólica 20 pode, em algumas realizações, ser uma turbina eólica em que o rotor 24 geralmente está voltado contra o vento para utilizar a energia do vento, e/ou pode ser uma turbina em que o rotor 24 geralmente está voltado a favor do vento para utilizar energia. Certamente, em qualquer das realizações, o rotor 24 pode não estar voltado exatamente contra o vento e/ou a favor do vento, mas pode estar voltado em geral para qualquer ângulo (que pode ser variável) com relação a uma direção do vento para utilizar a energia do mesmo.

[029] Com referência agora à Figura 3, a turbina eólica 20 inclui um gerador elétrico 34 acoplado ao rotor 24 para gerar energia elétrica a partir da energia rotativa gerada pelo rotor 24. O gerador 34 pode ser qualquer tipo adequado de gerador elétrico, tal como, mas não apenas, um gerador de indução de rotor enrolado, um gerador de indução com alimentação dupla (Double-Fed Induction Generator - DFIG, também conhecidos como geradores assíncronos com alimentação dupla), um gerador síncrono de ímã permanente (Permanent Magnet - PM), um gerador síncrono eletricamente excitado, e um gerador de relutância comutado. O gerador 34 inclui um estator (não ilustrado) e um rotor (não ilustrado) com uma folga de ar incluída entre os mesmos. O rotor 24 inclui um eixo 36 de rotor acoplado ao cubo 30 de rotor para rotação com o mesmo. O gerador 34 está acoplado ao eixo 36 de rotor de modo que a rotação do eixo 36 de rotor acione a rotação do rotor do gerador, e, portanto, a operação do gerador 34. Na realização, o rotor do gerador tem um eixo 38 de gerador acoplado ao mesmo e acoplado ao eixo 36 do rotor, de modo que a rotação do eixo 36 do rotor aciona a rotação do rotor do gerador. Em outras realizações, o rotor do gerador está diretamente acoplado ao eixo 36 do rotor, algumas vezes chamado de “turbina eólica de acionamento direto”. Na realização, o eixo 38 do gerador está acoplado ao eixo 36 do rotor através de uma caixa de marcha 40, embora em outras realizações o eixo 38 do gerador esteja acoplado diretamente ao eixo 36 do rotor.

[030] O torque do rotor 24 aciona o rotor do gerador para gerar assim energia elétrica de CA de frequência variável a partir da rotação do rotor 24. O gerador 34 tem um torque de folga de ar entre o rotor do gerador e o estator que se opõe ao torque do rotor 24. Um conjunto de conversão de energia 42 está acoplado ao gerador 34 para converter a frequência variável de CA em uma frequência fixa de CA para distribuição para uma carga elétrica (não mostrado na Figura 3), tal como, por exemplo, mas não apenas, uma grade elétrica (não mostrada na Figura 3), acoplada ao gerador 34. O conjunto de conversão de energia 42 pode incluir um só conversor de frequência única ou uma pluralidade de conversores de frequência configurados para converter eletricidade gerada pelo gerador 34 em eletricidade adequada para distribuição por sobre a grade de energia. O conjunto de conversão de energia 42 pode ser chamado também aqui de conversor de energia. O conjunto de conversão de energia 42 pode estar localizado em qualquer lugar dentro da turbina eólica 20 ou afastado da mesma. Por exemplo, o conjunto de conversão de energia 42 pode estar localizado dentro de uma base (não mostrada) da torre 28.

[031] Na realização, a turbina eólica 20 inclui pelo menos um controlador de sistema 44 acoplado a pelo menos um componente de turbina eólica 20 para controlar de maneira geral a operação da turbina eólica 20 e/ou controlar a operação dos seus componentes. Por exemplo, o controlador de sistema 44 pode ser configurado para controlar a operação do conjunto de conversão de energia 42, um freio a disco 46, um sistema de guinada 48, e/ou um sistema de passo de lâmina variável 50. O freio a disco 46 interrompe a rotação do rotor 24 para, por exemplo, tornar mais lenta a rotação do rotor, frear o rotor 24 contra torque eólico total, e/ou reduzir a geração de energia elétrica a partir do gerador elétrico 34. O sistema de guinada 48 para girar a nacela 22 em torno de um eixo geométrico de rotação 52 para alterar uma guinada do rotor 24, e mais especificamente para mudar uma direção que se apresenta para o rotor 24 para, por exemplo, ajustar um ângulo entre a direção que se apresenta para o rotor 24 e uma direção do vento.

[032] Além disso, o sistema de passo de lâmina variável 50 controla, incluindo, mas não limitado a mudá-lo, um ângulo de passo de lâminas 32 (mostradas nas Figuras 2-3) com relação a uma direção do vento. O sistema de passo 50 pode estar acoplado ao sistema controlador 44 para controle pelo mesmo. O sistema de passo 50 está acoplado ao cubo 30 e às lâminas 32 para mudar o ângulo de passo das lâminas 32 girando as lâminas 32 com relação ao cubo 30. Os acionadores de passo podem incluir qualquer estrutura, configuração, arranjo, meios e/ou componentes adequados, descritos e/ou mostrados aqui tais como, mas não apenas, motores elétricos, cilindros hidráulicos, molas, e/ou servomecanismos. Além disso, os acionadores de passo podem ser acionados por qualquer meio adequado, sejam descritos e/ou mostrados aqui, tais como, mas não apenas, fluido hidráulico, energia elétrica, energia eletroquímica, e/ou energia mecânica, como, por exemplo, mas não apenas, força de mola.

[033] A Figura 4 é um diagrama de blocos de uma realização exemplificativa da turbina eólica 20. Na realização, a turbina eólica 20 inclui um ou mais controladores de sistema 44 acoplado(s) a pelo menos um componente da turbina eólica 20 para controlar de maneira geral a operação da turbina eólica 20 e/ou controlar a operação dos componentes da mesma, independente de se tais componentes são descritos e/ou mostrados aqui. Por exemplo, na realização exemplificativa, o controlador de sistema 44 está acoplado ao sistema de passo 50 para controlar de maneira geral o rotor 24. Na realização, o controlador de sistema 44 está montado dentro da nacela 22 (mostrada na Figura 3), entretanto, adicionalmente ou alternativamente, um ou mais controladores de sistema 44 pode(m) estar afastados da nacela 22 e/ou de outros componentes da turbina eólica 20. Os controladores de sistema 44 podem ser usados para uma monitoração do sistema como um todo incluindo, sem limitação, regulagem de passo e velocidade, aplicação de eixo de alta velocidade e de freio de guinada, aplicação de guinada e de motor de bomba, e/ou monitoramento de falhas. Construções alternativas distribuídas ou centralizadas podem ser usadas em algumas realizações.

[034] Em uma realização, a turbina eólica 20 inclui uma pluralidade de sensores, por exemplo, sensores 54, 56 e 58. Os sensores 54, 56 e 58 medem uma variedade de parâmetros incluindo, sem limitação, condições operacionais e condições atmosféricas. Cada sensor 54, 56 e 58 pode ser um sensor individual ou pode incluir uma pluralidade de sensores. Os sensores 54, 56 e 58 podem ser qualquer sensor adequado tendo qualquer localização adequada dentro da turbina eólica 20 ou afastada da mesma que permita à turbina eólica 20 funcionar como descrito aqui. Em algumas realizações, os sensores 54, 56 e 58 estão acoplados ao controlador de sistema 44 para transmitir medições para o controlador de sistema 44 para processamento do mesmo.

[035] Em algumas realizações, o controlador de sistema 44 inclui um barramento 62 ou outro dispositivo de comunicação para comunicar informação. Um ou mais processadores 64 está(ão) acoplado(s) ao barramento 62 para processar informação, incluindo informação dos sensores 54, 56, 58 e/ou outro(s) sensor(es). O(s) processador(es) 64 pode(m) incluir pelo menos um computador. Como usado aqui, o termo computador não se limita a circuitos integrados mencionados na técnica como sendo um computador, mas se refere de maneira geral a um processador, microcontrolador, microcomputador, controlador lógico programável (PLC), um circuito integrado de aplicação específica, e outros circuitos programáveis, e esses termos são usados aqui de maneira intercambiável.

[036] O controlador de sistema 44 pode incluir também uma ou mais memórias de acesso aleatório (Random Access Memories - RAM) 66 e/ou outro(s) dispositivo(s) de armazenamento 68. A(s) RAM(s) 66 está(ão) acoplada(s) ao barramento 62 para armazenar e transferir informação e instruções a serem executadas pelo(s) processador(es) 64. A(s) RAM(s) 66 (e/ou outro(s) dispositivo(s) de armazenamento 68, se incluído(s)) também pode(m) ser usada(s) para armazenar variáveis temporárias ou outra informação intermediária durante execução de instruções pelo processador(s). O controlador de sistema 44 pode incluir também uma ou mais memórias apenas para leitura (Read Only Memories - ROM) 70 e/ou outros dispositivos de armazenamento estático acoplados ao barramento 62 para armazenar e proporcionar informação estática (isto é, que não muda) e instruções para o(s) processador(es) 64. O(s) processador(es) processa(m) informações transmitidas a partir de uma pluralidade de dispositivos elétricos e eletrônicos que podem incluir, entre outros, transdutores de velocidade e energia. Instruções que são executadas incluem, entre outras, algoritmos de conversão de e/ou de comparação permanentes. A execução de sequências de instruções não se limita a qualquer combinação específica de conjunto de circuitos de hardware e instruções de software.

[037] O controlador de sistema 44 pode incluir também, ou pode estar acoplado, a um dispositivo ou dispositivos de entrada/saída 72. O dispositivo ou dispositivos de entrada/saída 72 pode(m) incluir qualquer dispositivo conhecido na técnica para proporcionar dados de entrada para o controlador de sistema 44 e/ou proporcionar saídas, tais como, mas não apenas, saídas para controle de guinada e/ou controle de passo. Instruções podem ser proporcionadas para a RAM 66 a partir do dispositivo de armazenamento 68 incluindo, por exemplo, um disco magnético, um circuito integrado de memória apenas para leitura (ROM), CD-ROM, e/ou DVD, via uma conexão remota que é com ou sem fio proporcionando acesso a um ou mais dos meios eletronicamente acessíveis. Em algumas realizações, um conjunto de circuitos com fios resistentes pode ser usado no lugar das instruções de software ou em combinação com as mesmas. Assim, a execução de sequências de instruções não está limitada a qualquer combinação específica de conjunto de circuitos de hardware e instruções de software, seja esta descrita e/ou mostrada aqui. Além disso, na realização exemplificativa, o dispositivo(s) de entrada/saída 72 pode(m) incluir, sem limitação, periféricos de computador associados a uma interface de operador tal como um mouse e um teclado (nenhum deles mostrado na Figura 4). Alternativamente, outros periféricos de computador podem também ser usados os quais podem incluir, por exemplo, um scanner (não mostrado na Figura 4). Além disso, na realização exemplificativa, canais de saída adicionais podem incluir, por exemplo, um monitor de interface de operador (não mostrado na Figura 4). O controlador de sistema 44 pode incluir também uma interface de sensor 74 que permite ao controlador de sistema 44 comunicar-se com os sensores 54, 56, 58 e/ou outro(s) sensor(es). A interface de sensor 74 pode incluir um ou mais conversores de analógico para digital que convertem sinais analógicos em sinais digitais que podem ser usados pelo(s) processador(es) 64.

[038] Em uma realização exemplificativa, a turbina eólica 20 inclui um regulador 80 de loop de fase travada (PLL). O regulador de PLL 80 está acoplado ao sensor 56. Na realização exemplificativa, o sensor 56 é um transdutor de tensão configurado para medir uma tensão de grade terminal pelo conjunto de conversão de energia 42. Alternativamente, o regulador de PLL 80 é configurado para receber uma pluralidade de sinais de medição de tensão a partir de uma pluralidade de transdutores de tensão. Em um exemplo de um gerador trifásico, cada um dos transdutores trifásicos está eletricamente acoplado a cada uma das três fases de um barramento de grade. O regulador de PLL 80 pode ser configurado para receber um número qualquer de sinais de medição de tensão a partir de um número qualquer de transdutores de tensão que permitam ao regulador de PLL 80 funcionar como descrito aqui.

[039] A Figura 5 é um diagrama de blocos de um sistema de geração e distribuição de energia 150. O sistema de geração e distribuição de energia 150 pode ser usado com a turbina eólica 20 (mostrada nas Figuras 2 e 3) ou incluído dentro da mesma. O sistema 150 inclui uma fonte de energia, por exemplo, o gerador 34. Embora descrita aqui como sendo o gerador 34 de turbina eólica, a fonte de energia pode incluir qualquer tipo de gerador elétrico que permita ao sistema 150 funcionar como descrito aqui, por exemplo, um sistema de geração de energia solar. O sistema 150 também inclui um conversor de energia, como, por exemplo, um conjunto conversor de energia 42. O conjunto conversor de energia 42 recebe energia elétrica (Pv) 132 gerada pelo gerador 34 e converte energia elétrica 132 em energia elétrica (Pt) 134 (chamada aqui de energia terminal 134) adequada para transmissão por intermédio de uma grade de transmissão e distribuição de energia elétrica 136 (chamada aqui de rede elétrica 136). Uma tensão terminal (Vt) 138 é definida em um nó entre o conjunto de conversão de energia 42 e a rede elétrica 136. Um sistema de energia em grande porte 140 está acoplado à rede elétrica 136. O sistema de energia em grande porte 140 inclui uma pluralidade de cargas e/ou fontes de energia.

[040] Na realização, o sistema 150 inclui um sistema limitador de energia dependente de grade 152. Na realização, um controlador, por exemplo, mas não apenas, um controlador de sistema 44 (mostrado na Figura 4), está programado para desempenhar as funções de sistema limitador de energia dependente da grade 152. Entretanto, em realizações alternativas, as funções do sistema limitador de energia dependente da grade 152 podem ser desempenhadas por qualquer conjunto de circuito configurado para permitir ao sistema 150 funcionar como descrito aqui. O sistema limitador de energia 152 é configurado para identificar a ocorrência de uma ocorrência de contingência na grade, e fornecer para o conjunto de conversão de energia 42 sinais de controle que facilitam o proporcionamento de uma reparação estável da ocorrência na grade. Geralmente, quando da detecção de uma ocorrência de contingência na grade, o sistema limitador de energia 152 proporciona sinais para reduzir a potência de saída do conjunto de conversão de energia 42. Durante a reparação da ocorrência de contingência na grade, o sistema limitador de energia 152 proporciona sinais para aumentar a potência de saída ativa do conjunto de conversão de energia 42. Em algumas realizações, o sistema limitador de energia 152 proporciona um sinal, ou sinais, para aumentar a potência de saída ativa do conjunto de conversão de energia 42 gradualmente até que a potência de saída do conjunto de conversão de energia 42 seja devolvida para seu nível pré-falha.

[041] Na realização, o sistema 150 inclui também um sistema estabilizador 182 (mostrado na Figura 6) configurado para emitir um sinal de comando que é proporcionado para o controlador 156 de interface do conversor e usado para controlar a operação do conversor de energia 42. Na realização, um controlador, por exemplo, mas não apenas, o controlador de sistema 44 (mostrado na Figura 4), é programado para realizar as funções do sistema estabilizador 182. Entretanto, em realizações alternativas, as funções do sistema estabilizador 182 podem ser desempenhadas por qualquer conjunto de circuitos configurado para permitir ao sistema 150 funcionar como descrito aqui. Oscilações dentro de uma saída do conversor de energia 42 são reduzidas quando o conversor de energia 42 é operado de acordo com os sinais de controle do controlador 156 de interface do conversor que se baseiam pelo menos em parte no sinal de comando, por exemplo, um sinal 192 de comando de corrente reativa e/ou um sinal de comando de corrente real 166.

[042] Na realização, o sistema estabilizador 182 inclui um regulador 184 e um estabilizador 186 de regulador. Na realização exemplificativa, o regulador 184 é um regulador de tensão configurado para gerar um comando de energia reativo, por exemplo, um sinal de comando 192 para corrente reativa. O estabilizador 186 do regulador é configurado para gerar um sinal 188 de estabilização do regulador que estabiliza o regulador 184 enquanto o sistema 150 se recupera de uma ocorrência de contingência na grade. Por exemplo, o estabilizador 186 do regulador pode gerar um sinal de estabilização do regulador de tensão e/ou um sinal de estabilização do regulador de energia. Em determinadas realizações, o conjunto de conversão de energia 42 responde de acordo com os sinais proporcionados pelo sistema estabilizador 182 e reduz as oscilações de sistema que podem ocorrer durante a reparação da ocorrência na grade.

[043] Uma ocorrência na grade, também chamada aqui de ocorrência de contingência na rede, pode deixar a rede elétrica 136 em um modo degradado no qual a impedância de grade é alta. Um exemplo de uma ocorrência na grade inclui uma falha por curto-circuito em uma das linhas de transmissão dentro da rede elétrica 136. Ações de proteção da transmissão elétrica removem a porção que apresenta falhas da rede elétrica 136 para permitir a operação da porção restante que não apresenta falhas da rede elétrica 136. Permanece uma trajetória de transmissão que é degradada em sua habilidade de transmitir energia do sistema 150 para o sistema de energia de grande porte 140. Tais eventos na grade provocam um breve período de baixa tensão na rede elétrica 136 antes de se retirar a porção com falha da grade de utilidade 136. Tipicamente, a tensão terminal 138 vai estar significativamente degradada no momento da ocorrência na grade. A alta impedância na grade após a eliminação da falha pode levar a uma resposta oscilatória dos reguladores dentro do gerador (por exemplo, o regulador de energia 204 e/ou o regulador de tensão 184). Essas oscilações estão tipicamente em uma faixa de frequência de aproximadamente 10 hertz (Hz) a 30 Hz, e, em alguns casos, podem se tornar instáveis se não foram adequadamente consideradas pelo sistema 150.

[044] Como mostrado na Figura 5, na realização, o conjunto de conversão de energia 42 está configurado para receber sinais de controle 154 vindos de um controlador 156 de interface de conversor. Os sinais de controle 154 se baseiam nas condições de operação captadas ou características operacionais da turbina eólica 20 como descrito aqui e usadas para controlar a operação do conjunto de conversão de energia 42. Exemplos de condições de operação medidas podem incluir, entre outras, uma tensão de grade terminal, um erro de PLL, uma tensão de barramento de estator, uma tensão de barramento de rotor, e/ou uma corrente. Por exemplo, o sensor 56 (mostrado na Figura 4) mede a tensão da grade terminal 138 e transmite um sinal de realimentação de tensão 160 para um regulador de tensão 184 e para o sistema limitador de energia 152. Além disso, o regulador de PLL 80 (mostrado na Figura 4) pode gerar um sinal 190 de erro de PLL e transmitir o sinal 190 para o sistema estabilizador 182 e para o sistema limitador de energia 152.

[045] Na realização, o estabilizador 186 do regulador de tensão gera, com base pelo menos em parte no sinal 190 de erro de PLL, um sinal 188 de estabilização do regulador de tensão e transmite o sinal 188 de estabilização do regulador de tensão para o regulador de tensão 184. O regulador de tensão 184 gera um sinal 192 de comando de corrente reativa, com base pelo menos em parte no sinal 188 de estabilização do regulador de tensão e transmite o sinal 192 de comando de corrente reativa para o controlador 156 de interface do conversor. Em algumas realizações o sistema limitador de energia 152 também recebe um sinal 160 de realimentação de tensão de terminal e gera um sinal de comando de energia, por exemplo, sinal 166 de comando de corrente real que se baseia pelo menos em parte no sinal 190 de erro de PLL e no sinal 160 de realimentação de tensão terminal. Após uma ocorrência de contingência na grade, o sinal 190 de erro de PLL pode oscilar à medida que o sistema 150 aumenta gradualmente uma potência de saída ativa do conjunto de conversão de energia 42. Em outras palavras, as oscilações dentro do sinal 190 de erro de PLL são indicativas de oscilações no sistema. O estabilizador 186 do regulador de tensão aplica uma função de transferência para o sinal 190 oscilante de erro de PLL, o qual emite o sinal 188 de estabilização do regulador de tensão. Esse loop de realimentação é configurado para reduzir oscilações no sistema.

[046] Mais especificamente, oscilações no sistema que ocorrem após uma ocorrência de contingência na grade são identificadas por oscilações no sinal 190 de erro de PLL, o sinal 190 de erro de PLL é fornecido para o estabilizador 186 do regulador de tensão, o estabilizador 186 do regulador de tensão gera o sinal 188 de estabilização do regulador de tensão, e o sinal 188 de estabilização do regulador de tensão é fornecido para o regulador de tensão 184. O sinal 188 de estabilização do regulador de tensão leva o sinal 192 de comando de corrente reativa a oscilar de uma maneira que reduz e/ou cancela oscilações do sistema. O regulador de tensão 184 transmite o sinal 192 de comando de corrente reativa para o controlador 156 de interface de conversor. Em uma realização alternativa, o controlador 156 de interface de conversor é incluído dentro do controlador de sistema 44. Outra realimentação de condição de operação dos outros sensores também pode ser usada pelo controlador 44 e/ou pelo controlador 156 de interface do conversor para controlar o conjunto de conversão de energia 42.

[047] A Figura 6 é um diagrama de blocos de um sistema 200 de controle de conversor configurado para gerar sinais de controle proporcionados para um conversor de energia, por exemplo, o conjunto de conversão de energia 42 (mostrado na Figura 5), para controle do conjunto de conversão de energia 42. Na realização, o sistema 200 de controle de conversor inclui um sistema limitador de energia 152, um sistema estabilizador 182, e um controlador 156 de interface de conversor. Na realização, o sistema limitador de energia 152 inclui um limitador de energia 202 e um regulador de energia 204 e transmite um sinal de comando de energia, por exemplo, o sinal 166 de comando de energia de corrente real. Na realização, o limitador 180 recebe pelo menos uma condição de operação medida do sistema 150. A condição de operação medida mínima pode incluir, entre outras, um sinal 190 de erro de PLL do regulador de PLL 80 e um sinal 160 de realimentação de tensão de grade terminal do sensor 54. O limitador de energia 180 também recebe um sinal 194 de controle de energia de referência armazenada vindo, por exemplo, do controlador de sistema 44 (mostrado na Figura 3). Em algumas realizações, o limitador de energia 180 recebe o sinal 160 de realimentação de tensão de grade terminal e o sinal 160 de realimentação de tensão de grade terminal e o sinal 194 de controle de energia de referência armazenada. Em outras realizações, o limitador de energia 180 recebe o sinal 190 de erro de PLL e o sinal 194 de controle de energia de referência armazenada. Em outras realizações, o limitador de energia 180 recebe o sinal 190 de erro de PLL e o sinal 160 de realimentação de tensão de grade terminal, bem como o sinal 194 de controle de energia de referência armazenada. Na realização, o limitador de energia 180 gera um sinal de comando 206 e transmite o sinal de comando de energia 206 para o regulador de energia 204. O regulador de energia 204 gera um sinal 166 de comando de corrente real e transmite o sinal 166 de comando de corrente real para o controlador 156 de interface do conversor. O controlador 156 de interface do conversor também pode ser chamado aqui de controle de disparo do conversor. Como descrito acima, o regulador de PLL 80 pode estar incluído dentro do controlador de sistema 44, ou pode ser acoplado ao controlador de sistema 44, mas não integrado ao mesmo.

[048] Na realização, o regulador de PLL 80 recebe o sinal 160 de realimentação de tensão de grade terminal. Por exemplo, o regulador de PLL 80 pode receber o sinal 160 de realimentação de tensão de grade terminal (mostrado na Figura 3 como Vt) fornecido pelo sensor 54 (mostrado na Figura 3) . Como descrito acima, o regulador de PLL 80 gera o sinal 190 de erro de PLL e um sinal de ângulo de fase de PLL 208. O sinal de ângulo de fase de PLL 208 é transmitido para o controlador 156 de interface do conversor para controle do conjunto de conversão de energia 42 e para controle subsequente de correntes elétricas injetadas na grade de utilidade 136 (mostradas na Figura 4) .

[049] Na realização, o estabilizador 186 do regulador de tensão também recebe o sinal 190 de erro de PLL. Além disso, na realização exemplificativa, o estabilizador 186 do regulador de tensão aplica uma transferência pré-definida para o sinal 190 de erro de PLL para gerar o sinal 188 de estabilização do regulador de tensão. O sinal 188 de estabilização do regulador de tensão é aplicado ao regulador de tensão 184, que combina o sinal 188 com o sinal de realimentação de tensão 160 para gerar o sinal 192 de comando de corrente reativa. Oscilações dentro do sinal 190 de erro de PLL proporcionam uma indicação de oscilações do sistema que podem ocorrer após uma ocorrência de contingência na grade. Mais especificamente, oscilações dentro do sinal 190 de erro de PLL correspondem a oscilações do sistema, por exemplo, oscilações na tensão terminal 138 (mostradas na Figura 5) e/ou oscilações na tensão de saída 134 (mostradas na Figura 5). A determinação do sinal 192 de comando de corrente reativa com base em parte no sinal 190 de erro de PLL facilita a redução de oscilações no sistema.

[050] Um exemplo da função de transferência aplicada pelo estabilizador 186 do regulador de tensão isola uma faixa de frequência no sinal 190 de erro de PLL que inclui uma indicação de oscilações do regulador (por exemplo, um filtro passa faixa entre 10Hz e 30 Hz), e aplica um ganho selecionado para levar as oscilações do regulador a serem positivamente diminuídas. A função de transferência pode ser determinada com base, por exemplo, em cálculos, simulações, e/ou testes nos quais o estabilizador 186 do regulador de tensão aplica vários sinais 188 de estabilização do regulador de tensão ao regulador de tensão 184. A função de transferência pode incluir componentes lineares, por exemplo, filtragem passa faixa e ganho, e pode incluir também quaisquer componentes não-lineares, por exemplo, entre outros, limitadores e zonas neutras, que permitem que o sistema 150, em conjunto com a grade elétrica 136, para funcionar como descrito aqui. Mais especificamente, o estabilizador 186 do regulador de tensão pode aplicar funções de transferência lineares e não-lineares para ao sinal 190 de erro de PLL para gerar um sinal 188 de estabilização de regulador de tensão que diminui as oscilações no sistema.

[051] O regulador de tensão 184 recebe o sinal 188 de estabilização do regulador de tensão e gera o sinal 192 de comando de corrente reativa. O sinal 192 de comando de corrente reativa é proporcionado para o controlador 156 de interface do conversor, que controla a operação do conjunto de conversão de energia 42 de acordo com o sinal 192 de comando de corrente reativa.

[052] A Figura 7 é um diagrama de blocos de um regulador de tensão, por exemplo, o regulador de tensão 184 (mostrado na Figura 6) e um estabilizador de regulador de tensão exemplificativo, por exemplo, o estabilizador 186 do regulador de tensão (mostrado na Figura 6). Como descrito acima com relação à Figura 6, no caso de uma contingência na grade tal como uma grade fraca, a potência de saída do conjunto de conversão 42 pode oscilar. O estabilizador 186 do regulador de tensão recebe um sinal 190 de erro de PLL e gera o sinal 188 de estabilização do regulador de tensão. O regulador de tensão 184 gera o sinal 192 de comando de corrente reativa com base no sinal 188 de estabilização do regulador de tensão e no sinal de realimentação de tensão 160 e envia o sinal 192 de comando de corrente reativa para o controlador 156 de interface do conversor. O sinal 192 de comando de corrente reativa instrui o controlador 156 de interface do conversor a injetar corrente na rede elétrica 136 que inclui um componente reativo configurado para diminuir as oscilações de potência de saída. A diminuição das oscilações de potência de saída aumenta a estabilidade da rede 136 e melhora e do sistema de geração e distribuição de energia 150.

[053] Na realização, o regulador de tensão 184 recebe o sinal 188 estabilizador de tensão do estabilizador 186 do regulador de tensão, recebe o sinal de realimentação de tensão terminal 160, e recebe um sinal 240 de comando de tensão de referência (VREF) a partir de pelo menos um regulador 242 reativo a volt-ampere (VAR). O VREF 240 também é mencionado aqui como tensão de referência. Mediante detecção de uma ocorrência de contingência na grade, o sistema limitador de energia 152 transmite um sinal 166 de comando de corrente real (mostrado na Figura 6) para o controlador 156 de interface do conversor para reduzir a energia emitida pelo conjunto de conversão de energia 42. Após a ocorrência de contingência na grade ser resolvida, o sistema limitador de energia 152 gera sinais, por exemplo, o sinal 166 de comando de corrente real, que comandam um aumento gradual na potência de saída do conjunto de conversão de energia 42. Durante a ocorrência de contingência na grade, por exemplo, a tensão terminal 138 indica a ocorrência de contingência na grade, o regulador de tensão 184 gera um sinal 192 de comando de corrente reativa que aumenta a saída de corrente reativa pelo conjunto de conversão de energia 42 para suportar a tensão da grade terminal 138 até que a ocorrência de contingência na grade seja resolvida. Na resolução da ocorrência de eventualidade na grade, o sinal 192 de comando de corrente reativa volta a um nível mais baixo, levando a saída de corrente pelo conjunto de conversão de energia 42 a diminuir até aproximadamente o nível da saída de corrente reativa pelo conjunto de conversão de saída 42 antes da ocorrência da contingência na grade. À medida que a energia emitida pelo conjunto de conversão de energia 42 aumenta durante a reparação da ocorrência da contingência na grade, corrente reativa adicional pode ser necessária para manter tensão terminal 138 e evitar o colapso da tensão da rede elétrica 136.

[054] Para facilitar a redução nas oscilações da energia emitida pelo conjunto de conversão 42, o estabilizador 186 do regulador de tensão gera o sinal 188 de estabilização do regulador de tensão e transmite o sinal 188 de estabilização do regulador de tensão para o regulador de tensão 184. O sinal 188 de estabilização do regulador de tensão é adicionado ao sinal 240 de comando da tensão de referência. A partir daí, o regulador de tensão 184 gera um sinal 192 de comando de corrente reativa que inclui um componente de corrente reativa configurado para cancelar oscilações na potência de saída pelo conjunto de conversão de energia 42. O regulador de tensão 184 soma o sinal 188 de estabilização do regulador de tensão e o sinal 240 de comando da tensão de referência e subtrai o sinal 160 de realimentação de tensão terminal 160 para produzir um sinal de erro. Um bloco de controle 246 recebe o sinal de erro e gera o sinal 192 de comando de corrente reativa.

[055] A Figura 8 é um diagrama de blocos de uma realização alternativa do sistema de controle do conversor 200 (mostrado na Figura 6) e identificado aqui como sistema de controle de conversor 220. O sistema de controle de conversor 220 está configurado para gerar sinais de controle proporcionados para um conversor de energia, por exemplo, o conjunto de conversão de energia 42 (mostrado na Figura 5), para controle do conjunto de conversão de energia 42. Na realização alternativa, o sistema estabilizador 182 inclui o regulador de energia 204 que está configurado para gerar um comando de energia real, por exemplo, o sinal 166 de comando de corrente real. Na realização alternativa, o estabilizador 186 do regulador é um estabilizador do regulador de energia configurado para gerar o sinal de estabilização 188, que é, mais especificamente, um sinal de estabilização de energia. O sinal de estabilização de energia 188 é proporcionado para o regulador de energia 204, que gera sinais de controle com base pelo menos em parte no sinal 188. Os sinais de controle, por exemplo, o sinal 166 de comando de corrente real, são proporcionados para o controlador 156 de interface do conversor. Na realização alternativa, o sistema 220 de controle de conversor inclui um sistema limitador de energia 152, um sistema estabilizador 182, e um controlador 156 de interface de conversor.

[056] As Figuras 9-18 são vistas gráficas ilustrando a operação de um sistema de geração e distribuição de energia após a ocorrência de uma contingência na grade. Mais especificamente, as Figuras 9-13 ilustram a operação de um sistema de geração e distribuição de energia que não inclui um estabilizador de regulador, por exemplo, o regulador 186 de estabilizador do regulador (mostrado na Figura 6). Em contraste, as Figuras 14-18 ilustram a operação de um sistema de geração e distribuição de energia, por exemplo, o sistema de geração e distribuição de energia 150 (mostrado na Figura 5), que inclui o estabilizador 186 do regulador. As medições ilustradas nas Figuras 9- 18 foram obtidas através de experimentação e/ou cálculo e são incluídas para ilustrar o efeito da operação do estabilizador 186 do regulador no sistema de geração e distribuição de energia 150.

[057] As Figuras 9 e 14 são vistas gráficas do sinal 190 de erro de PLL versus tempo. Como descrito acima, após uma ocorrência de contingência na grade, as oscilações no sistema que surgem da operação do regulador de tensão 184 (mostrado na Figura 6) são medidas e evidentes no sinal 190 de erro de PLL (ver Figura 9). A Figura 14 ilustra a redução nas oscilações do sistema, como mostrado pela redução nas oscilações do sinal 190 de erro de PLL.

[058] As Figuras 10 e 15 são vistas gráficas de uma soma 250 do sinal 240 de comando da tensão de referência e do sinal 188 de estabilização do regulador de tensão (ambos mostrados na Figura 7) versus tempo. Como ilustrado na Figura 10, sem o estabilizador 186 do regulador de tensão, nenhum sinal 188 de estabilização do regulador de tensão será proporcionado para o regulador de tensão 184. Portanto, a soma 250 do sinal 240 de comando de tensão de referência e do sinal 188 de estabilização do regulador de tensão resulta no sinal 240 de comando de tensão de referência, o qual, no exemplo ilustrado, é constante ao longo do tempo.

[059] Como mostrado na Figura 15, a soma 250 do sinal 240 de comando da tensão de referência e do sinal 188 de estabilização do regulador de tensão varia ao longo do tempo. O sinal 240 de comando de tensão de referência permanece constante, entretanto, o sinal 188 de estabilização do regulador de tensão varia ao longo do tempo.

[060] As Figuras 11 e 16 são vistas gráficas do sinal 160 de realimentação de tensão terminal (mostrada na Figura 7) versus tempo. No exemplo ilustrado, a oscilação do sinal 160 de realimentação de tensão terminal é um exemplo de uma oscilação do sistema que ocorre, por exemplo, enquanto o sistema 150 está se recuperando de uma ocorrência de contingência na grade. A Figura 11 ilustra uma oscilação do sistema (por exemplo, oscilações do sinal 160 de realimentação de tensão terminal) que aumenta ao longo do tempo. A Figura 16 ilustra a redução nas oscilações do sistema (por exemplo, redução nas oscilações do sinal 160 de realimentação de tensão terminal), causadas pela operação do estabilizador do regulador de tensão 186. Mais especificamente, a Figura 16 ilustra como a aplicação da soma 250 (mostrada na Figura 15) à operação do regulador de tensão 184 diminui as oscilações do sinal 160 de realimentação de tensão terminal.

[061] As Figuras 12 e 13 são vistas gráficas da energia elétrica 134 (mostrada na Figura 5) versus tempo em um sistema de geração e distribuição de energia que não inclui o estabilizador 186 do regulador de tensão. Mais especificamente, a Figura 12 ilustra um componente de energia reativa da energia elétrica 134 e a Figura 13 ilustra um componente de energia real da energia elétrica 134. As oscilações de energia elétrica 134 ilustradas nas Figuras 12 e 13 são outro exemplo de oscilações no sistema que podem ocorrer enquanto o sistema 150 está se recuperando de uma ocorrência de contingência na grade.

[062] As Figuras 17 e 18 são vistas gráficas da energia elétrica 134 (mostrada na Figura 5) versus tempo em um sistema de geração de energia que inclui um estabilizador de regulador de tensão, por exemplo, o sistema de geração de energia 150 que inclui o estabilizador 186 do regulador de tensão. As Figuras 17 e 18 ilustram a redução nas oscilações do sistema, mais especificamente, a redução nas oscilações de energia elétrica 134, provocadas pela operação do estabilizador 186 do regulador de tensão.

[063] A Figura 19 é um fluxograma 260 de um método 270 para controlar um sistema de geração e distribuição de energia, por exemplo, o sistema de geração e distribuição de energia 150 (mostrado na Figura 5). Na realização, o sistema de geração e distribuição de energia 150 inclui um gerador elétrico, por exemplo, o gerador elétrico 34 (mostrado na Figura 5), um conversor de energia, por exemplo, o conjunto conversor de energia 42 (mostrado na Figura 5), e um controlador de sistema, por exemplo, o controlador de sistema 44 (mostrado na Figura 4).

[064] Na realização, o método 270 inclui monitoramento 272 de um parâmetro de saída do sistema de geração e distribuição de energia 150 que é indicativo de oscilações no sistema. Por exemplo, um regulador de PLL, por exemplo, o regulador de PLL 80 (mostrado na Figura 4), pode monitorar 272 um erro de PLL, e gerar um sinal de erro de PLL, por exemplo, o sinal 190 de erro de PLL. O parâmetro de saída também pode incluir, entre outros, um sinal de realimentação de tensão, por exemplo, o sinal de realimentação de tensão 160 (mostrado na Figura 5). Como descrito acima, oscilações dentro do sinal 190 de erro de PLL são indicativos de oscilações do sistema.

[065] Na realização, o método 270 também inclui gerar 276 um sinal de comando, por exemplo, um sinal 192 de comando de corrente reativa (mostrado na Figura 5) e/ou um sinal 166 de comando se corrente real 166 (mostrado na Figura 5), com base pelo menos em parte no parâmetro de saída. Por exemplo, o controlador de sistema 44 pode gerar 276 o sinal de comando aplicando uma função de transferência para o sinal 190 de erro de PLL para gerar um sinal de estabilização do regulador de tensão, por exemplo, o sinal 188 de estabilização do regulador de tensão (mostrado na Figura 6). Um regulador de tensão, por exemplo, o regulador de tensão 184 (mostrado na Figura 6) é configurado para gerar o sinal de comando 192 com base pelo menos em parte no sinal 188 de estabilização do regulador de tensão. Em uma realização alternativa, o controlador do sistema 44 pode gerar 276 o sinal de comando pela aplicação de uma função de transferência ao sinal 190 de erro de PLL para gerar um sinal de estabilização do regulador de tensão, por exemplo, o sinal 188 de estabilização do regulador de tensão (mostrado na Figura 8). Um regulador de energia, por exemplo, o regulador de energia 204 (mostrado na Figura 8) é configurado para gerar um sinal de comando 166 com base pelo menos em parte no sinal 188 de estabilização do regulador de tensão.

[066] Mais especificamente, gerar 276 o sinal de comando 192 pode incluir somar o sinal 188 de estabilização do regulador de tensão, um sinal de comando de tensão de referência, por exemplo, o sinal 240 de comando de tensão de referência (mostrado na Figura 7), e um sinal 160 de realimentação de tensão terminal (mostrado na Figura 7). Além disso, aplicar a função de transferência pode incluir aplicar uma função de transferência pré- definida para o sinal 190 de erro de PLL que isola uma faixa de frequência dentro do sinal 190 de erro de PLL que inclui uma indicação de oscilações no sistema. Aplicar a função de transferência pode incluir também aplicar um ganho pré-definido para o sinal 190 de erro de PLL para diminuir positivamente as oscilações do sistema.

[067] Na realização, o método 270 também inclui controlar 278 a operação do conversor de energia 42 com base pelo menos em parte no sinal 192 de comando de corrente reativa e/ou no sinal 166 de comando corrente real para reduzir oscilações no sistema.

[068] As realizações descritas acima facilitam uma operação de uma turbina eólica eficiente e eficaz quanto ao custo. A turbina eólica inclui um sistema estabilizador do regulador de tensão que gera um sinal de estabilização do regulador de tensão com base pelo menos em parte em um erro de PLL medido. O sinal de estabilização do regulador de tensão é proporcionado para um regulador de tensão que determina um comando de corrente reativa com base pelo menos em parte no sinal de estabilização do regulador de tensão. Controlar a saída de corrente reativa como função do erro de PLL facilita a redução de oscilações do sistema que possam ocorrer durante a reparação de uma ocorrência de contingência na grade. O método e os sistemas descritos aqui facilitam aumentar a estabilidade do regulador de tensão e, além disso, a tensão de estabilidade e/ou a potência de saída pela turbina eólica em seguida a uma ocorrência de contingência na grade.

[069] Realizações de uma turbina eólica, de um sistema estabilizador de regulador de tensão, e métodos para operar uma turbina eólica em resposta a uma ocorrência de contingência na grade estão descritos acima em detalhe. Os métodos, a turbina eólica, e o sistema estabilizador do regulador de tensão não estão limitados às realizações específicas descritas aqui, mas, ao contrário, componentes da turbina eólica, componentes do sistema estabilizador do regulador de tensão, e/ou etapas dos métodos podem ser utilizados independentemente e separadamente de outros componentes e/ou etapas descritas aqui. Por exemplo, o sistema estabilizador do regulador de tensão e métodos também podem ser usados em combinação com outros sistemas e métodos relativos à energia em turbina eólica, e não estão limitados à execução apenas com os sistemas de energia descritos aqui. Ao contrário, a realização pode ser implementada e utilizada em conexão com muitas outras aplicações em turbina eólica e sistemas de energia.

[070] Embora características específicas de várias realizações da invenção possam ser mostradas em alguns desenhos e não em outros, isto é apenas por conveniência. De acordo com o escopo da invenção, qualquer característica de um desenho pode ser referida e/ou reivindicada em combinação com qualquer característica de qualquer outro desenho.

[071] Essa descrição por escrito utiliza exemplos para descrever a invenção, incluindo o melhor modo, e também para permitir que um técnico no assunto pratique a invenção, incluindo fabricar e usar quaisquer dispositivos ou sistemas e executar quaisquer métodos incorporados. O escopo patenteável da invenção é definido pelas reivindicações, e pode incluir outros exemplos que ocorram aos técnicos no assunto. Esses outros exemplos se destinam a estar dentro do escopo das reivindicações se eles possuírem elementos estruturais que não sejam diferentes da linguagem literal das reivindicações, ou se eles incluírem elementos estruturais equivalentes com diferenças não-substanciais da linguagem literal das reivindicações.

Claims

SISTEMA ESTABILIZADOR (182), associado a um controlador (44) de conversor de energia, sendo configurado para ser acoplado a um controlador de interface do conversor (156), o sistema compreendendo:
um regulador (184, 204) acoplado ao controlador de interface de conversor (156) e configurado para gerar um primeiro sinal de comando (192, 166) e transmitir o primeiro sinal de comando (192, 166) para o controlador de interface de conversor (156);
um estabilizador (186) de regulador configurado para receber um sinal (190) de erro de loop travado por fase (PLL) e gerar um sinal (188) de estabilização do regulador com base pelo menos em parte no sinal de erro de loop travado por fase (190), em que o sinal de erro de loop travado por fase (190) é indicativo de oscilações no sistema (182); e o sistema (182) sendo caracterizado por:
um regulador (184, 204) acoplado ao estabilizador do regulador (186); o regulador (186) configurado para:
receber o sinal de estabilização do regulador (188); e
gerar o primeiro sinal de comando (192, 166), com base pelo menos em parte no sinal de estabilização do regulador (188), que reduz oscilações do sistema.
SISTEMA (182), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo estabilizador (186) do regulador ser configurado ainda para aplicar uma função de transferência pré-definida para o sinal (190) de erro de loop travado por fase, em que o sinal (188) de estabilização do regulador é um produto da função de transferência pré-definida, e em que a função de transferência pré-definida isola, uma faixa de frequência dentro do sinal (190) de erro de loop travado por fase que inclui uma indicação de oscilações no sistema e aplica um ganho para diminuir positivamente as oscilações do sistema.
SISTEMA (182), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado por oscilações dentro do sinal (190) de erro de loop travado por fase corresponderem a oscilações do sistema incluindo pelo menos uma dentre oscilações de uma tensão terminal (138) em uma saída de um conversor de energia (42) associado ao controlador (44) do conversor e energia elétrica (134) emitida pelo conversor de energia, e em que as oscilações do sistema correspondem a instabilidades no sistema.
SISTEMA (182), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo primeiro sinal de comando (192, 166), quando proporcionado para o controlador (156) de interface do conversor e utilizado para controlar a operação do conversor de energia (42), diminuir as oscilações do sistema.
SISTEMA (182), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo regulador (184, 204) compreender pelo menos dentre um regulador de tensão (184) e um regulador de energia (204), e em que o primeiro sinal de comando (192, 166) compreende pelo menos um dentre um sinal (192) de comando de corrente reativa gerado pelo regulador de tensão (184) e um sinal (166) de comando de corrente real gerado pelo regulador de energia (184).
CONTROLADOR DE CONVERSOR (200, 220) para controlar operação de um conjunto de conversão de energia (42), o controlador de conversor (200, 220) caracterizado por compreender:
um sistema estabilizador (182), conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 5; e
um controlador (156) de interface do conversor comunicativamente acoplado ao sistema estabilizador e configurado para gerar sinais de controle com base pelo menos em parte no primeiro sinal de comando e transmitir os sinais de controle para o conjunto de conversão de energia.
CONTROLADOR (200, 220), de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por oscilações no sistema incluir pelo menos um uma dentre as oscilações de tensão terminal (138) e/ou da potência de saída elétrica (134) pelo conjunto de conversão de energia (42), e em que as oscilações do sistema correspondem à instabilidade do sistema.
CONTROLADOR (200, 220), de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 7, caracterizado sistema estabilizador (182) compreende:
um estabilizador (186) do regulador configurado para receber o sinal (190) de erro de loop travado por fase e gerar um sinal (188) de estabilização do regulador; e,
um regulador (184, 204) acoplado ao estabilizador do regulador e configurado para receber o sinal de estabilização do regulador, gerar o primeiro sinal de comando (192, 166), com base pelo menos em parte no sinal de estabilização do regulador, e proporcionar o primeiro sinal de comando para o controlador (156) de interface do conversor.
CONTROLADOR (200, 220), de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo regulador (184, 204) compreender pelo menos um dentre um regulador de tensão (184) e um regulador de energia (204), e em que o primeiro sinal de comando compreende pelo menos um dentre um sinal (192) de comando de corrente reativa gerado pelo regulador de tensão e um sinal (166) de comando de corrente real gerado pelo regulador de energia (204).
CONTROLADOR (200, 220), de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 9, caracterizado pelo estabilizador (186) do regulador ser configurado para aplicar uma função de transferência pré-definida para o sinal (190) de erro de loop travado por fase, em que o sinal (188) de estabilização do regulador é produto da saída da função de transferência pré- definida, em que a função de transferência pré-definida isola uma faixa de frequência dentro do sinal de erro de loop travado por fase que inclui uma indicação de oscilações do sistema e aplica um ganho para diminuir positivamente as oscilações do sistema.