BR102015005897A2 - métodos para operar um parque eólico e para operar um parque em conformidade com uma solicitação de reserva de potência - Google Patents

Abstract

métodos para operar um parque eólico e para operar um parque em conformidade com uma solicitação de reserva de potência. trata-se de um método que inclui: dividir o parque eólico em um primeiro grupo de turbinas eólicas a ser operado em um modo não restrito e um segundo grupo de turbinas eólicas a ser operado em um modo restrito para fornecer a reserva de potência para o parque eólico; determinar uma produção de potência real do primeiro grupo de turbinas eólicas; estimar uma produção de potência máxima possível do segundo grupo em uma determinada condição ambiental; estimar uma saída de potência máxima possível do parque eólico com o uso da produção de potência real do primeiro grupo e da produção de potência máxima possível do segundo grupo; estimar a reserva de potência com o uso da saída de potência máxima possível; e atualizar um ponto de definição de potência para pelo menos uma turbina eólica do segundo grupo de modo que uma produção de potência esperada do segundo grupo de turbinas eólicas seja compatível substancialmente com uma diferença entre a produção de potência máxima possível e a reserva de potência. adicionalmente, um parque eólico é fornecido.

Description

“MÉTODOS PARA OPERAR UM PARQUE EÓLICO E PARA OPERAR UM PARQUE EM CONFORMIDADE COM UMA SOLICITAÇÃO DE RESERVA DE POTÊNCIA'’ Antecedentes da Invenção [001] A matéria descrita no presente documento refere-se em gera! a parques eólicos e a métodos para operar os parques eólicos e, mais particularmente, a métodos para operar o parque eólico em um modo de reserva de potência, [002] Geralmente, uma turbina eólica inclui uma turbina que tem um rotor que inclui um conjunto de cubo giratório que tem pás. As pás transformam a energia eólica em um forque rotacional mecânico que aciona um ou ma s geradores por meio do rotor Às vezes porém nem sempre, os geradores são acoplados de maneira rotacional ao rotor através de uma caixa de engrenagens. A caixa de engrenagens eleva a velocidade rotacional inerentemeníe baixa do rotor para o gerador a fim de converter de maneira eficiente a energia mecânica rotacional em er.erga elétrica que é al>mentada a uma rede elétrica de serviços públicos por meio de peío menos uma conexão elétrica. Há também turbinas eólicas de acionamento direto sem engrenagens C rotor o gerador, a caixa de engrenagens e outros componentes são montados tipicamente dentro de uma habitação ou naceta que é posicionada no topo de uma base que pode ser uma armação ou uma torre tubular, [003] Frequentemente, diversas de turbinas eólicas, ou uma pluralidade das mesmas, formam um parque eólico no qual a potência total produzida das turbinas eólicas é controlada por um sistema de controle do parque eolico supervisor ou subordinado Parques eolicos modernos podem ter uma potência elétrica muito alta instalada, em particular, caso o parque eó’«tco esteja posicionado em localizações que oferecem rendimentos eólicos particularmente bons, tais como. na costa ou em alto mar e/ou caso o parque eólico inciua várias turbinas eólicas modernas. A conexão de parques eólicos de alta potência a uma rede elétrica pode propor desafios em relação à qualidade de rede elétrica, em particular, caso aumente a porcentagem da potência alimentada por parques eólicos à rede elétrica de serviços públicos. Em ta! aspecto, fornecedores de energia e agentes de energia, respectivamente, podem exigir um comportamento apropriado dos parques eólicos ern particular durante uma instabilidade da rede elétrica, por exemplo, um deslocamento de frequência eJou durante uma demanda de potência crescente na rede elétrica. Por exemplo, pode-se exigir que o parque eólico opere ern um modo reverso no qual o parque eolico produza menos potência do que o possível a fim de poder alimentar potência extra quando necessário No entanto isso reduz o rendimento anuaf dc parque eólico.

[004] Portanto, será desejável fornecer sistemas e métodos que permitem operação flexível e confiável de parques eólicos em modo reverso.

Descrição Resumida da Invenção [005] Em um aspecto, é fornecido um método para controlar um parque eólico O método inclui: dividir o parque eólico ern um primeiro grupo de turbinas eólicas a ser operado em um modo não restrito e um segundo grupo de turbinas eólicas a ser operado em um modo restrito para fornecer uma reserva de potência para c parque eólico determinar uma produção de potência real do primeiro grupo de turbinas eólicas estimar uma produção oe potência máxima possível do segundo grupo em uma determinada condição ambiental estimar uma saída de potência máxima possível do parque eólico com o uso da produção de potência real do primeiro grupo e da produção de potência máxima possível do segundo grupo: estimar a reserva de potência com o uso da saída de potência máxima possível; e atualizar um ponto de definição de potência para peto menos uma turbina eólica do segundo grupo de modo que uma produção de potência esperada do segundo grupo de turbinas eólicas seja compatível substancialmente com uma diferença entre a produção de potência máxima possível e a reserva de potência.

[006] Em outro aspecto, é fornecido um método para operar um parque eólico, em conformidade com uma solicitação de reserva de potência. O método inclui: dividir o parque eólico em um primeiro grupo de turbinas eólicas a ser operado em um modo não restrito e um segundo grupo de turbinas eólicas a ser operado em um modo restrito: determinar uma produção de potência real do primeiro grupo de turbinas eólicas: determinar uma condição de vento para um segundo grupo de turbinas eólicas: determinar uma produção de potência máxima esperada para c segundo grupo de turbinas eólicas na condição de vento: determinar uma saída de potência possível do parque eólico com o uso da produção de potência real do primeiro grupo de turbinas eóítcas e da produção de potência máxima esperada para o segundo grupo de turbinas eólicas: determinar um ponto de definição de potência para pelo menos uma turbina eólica do segunde grupo com o uso da saída de potência possível do parque eólico, da solicitação de reserva de potência e da produção de potência máxima esperada: e operar a pelo menos uma turbina eólica em conformidade com o ponto de definição de potência.

[007] Ainda em outre aspecto é fornecido um parque eólico. O parque eólico inclui um primeiro grupo de turbinas eólicas que compreende um rotor e um gerador conectado ao rotor, um segundo grupo de turbinas eólicas que compreendem um rotor e um gerador conectado ao oIof, um sistema de medição que e configurado para determinar produções de potência individual das turbinas eólicas do primeiro grupo de turbinas eólicas e para determinar uma condição de vento para o segundo grupo de turbinas eólicas, e um sistema de controle de parque eólico que é configurado para determinar uma produção de potência rea! do primeiro grupo de turbinas eólicas a partir das produções de potência individual, para calcular uma produção de potência máxima possível do segundo grupo de turbinas eólicas na condição de vento, para calcular uma saída de potência máxima possível do parque eólico com o use da produção ne potência reai do primeiro grupo e da produção de potência máxima possível do segundo grupo, para calcular uma reserva de potência desejada para a saída de potência máxima possível, e para calcular um ponto de definição de potência para cada uma das turbinas eólicas do segundo grupo de modo que uma produção de potência esperada do segundo grupo de turbinas eólicas seja compatível suòstanctalmente com uma diferença entre a produção de potência máxima possível e a reserva de potência desejada, {008] Aspectos, vantagens e recursos adicionais da presente invenção estão aparentes das reivindicações dependentes, da descrição e dos desenhos anexos.

Breve Descrição das Figuras [009] Uma revelação completa a viabüizadora que inclui o melhor modo da mesma, para um elemento de habilidade comum na técnica, é apresentada mais partícuiarmeote no restante deste relatório descritivo incluindo referência às Figuras anexas em que: A Figura 1 é uma vista em perspectiva de uma porção de uma turbina eólica exempiificativa. A figura 2 é uma vista esquemática de um sistema de controle e elétrico exemplificafívQ adequado para uso com a turbina eólica mostrada na Figura 1, A Figura 3 é uma vista esquemática de um parque eólico de acordo com uma realização. A Γtgura 4 e um diagrama de blocos de um sistema de controle de parque eolico. de acordo com uma realização. A Figura 5 ilustra um fluxograma de um método para operar um parque eoiico de acordo com uma realização.

Descrição Detalhada da Invenção [010] Referência será agora feita em detalhe âs várias realizações, da qual um ou mais exemplos são ilustrados em cada Figura Cada exemplo é fornecido por meio de explicação e não se destina a ser uma limitação. Por exemplo, recursos ilustrados ou descritos como parte de urna realização podem ser usados em combinação com outras realizações, ou com em combinação com as mesmas para produzir realizações ainda adicionais A presente revelação destina-se a incluir tais modificações e variações, [011] As realizações descritas no presente documento incluem um parque eolico e métodos para operar o parque eólico de modo que possa fornecer potência extra e alimentar grupos de potência extra em uma rede elétrica, respectivamente, em demanda. Devido à estimativa aprimorada da potência possível do parque eólico em uma determinada condição ambiental, as exigências de reserva de potência podem ser cumpridas com --edução reduzida de rendimento de potência anual.

[012] Conforme usado no presente documento, o termo 1 pár destina-se a ser representativo de qualquer dispositivo que fornece uma força reativa quando em moção relativa a um fluido circundante.

[013] Conforme usado no presente documento, o termo ‘turbina eólica" destina-se a ser representativo de qualquer dispositivo que gera energia rotaciona! a partir de energia eólica e. mais especificamente. que converte energia cmética do vento em energia mecânica O termo turbina eói ca . conforme usado no presente documento, deve abrange particularmente dispositivos que geram potência elétrica a partir de energia rotaaonaí gerada a partir de energia eólica [014] Conforme usado no presente documento, o termo operação normal' destma-se a descrever um modo de operação da turbina eólica na qual energia cinética do vento é convertida em potência elétrica.

[015) Conforme usado no presente documento, o termo ‘modo não restrito” destina-se a descrever um modo de operação da turbina eóiica no qual energia cinética do vento é convertida em potência elétrica na taxa mais alta possível, isto é, sem uma limitação de potência, isso significa que a turbina eólica fornece, tipicamente no modo não restrito uma potência elétrica que está próxima pelo menos a uma saída de potência possível máxima em uma determinada condição de venío.

[018] Igualmente, o termo “modo restrito’’ destina-se a descrever um modo de operação da turbina eólica na quaí energia cinética do veto é convertida em potência elétrica a uma taxa inferior à taxa mais alta possível, isto é com uma limitação de potência. Isso significa que a turbina eólica fornece, de maneira tipicamente substanciai no modo restrito menos do que a saída de potência possível máxima em uma determinada condição de vento. Por exemplo, uma turbina eólica restrita pode fornecer potência elétrica em uma faixa a partir de uma potência nominal mínima a menos do que uma potência possível tipicamente a partir de cerca ae 5 c- ou 10% a cerca ae 99% de potência possível por exemplo de potência nominal a uma alta velocidade do vento.

[017] Conforme usado no presente documento, o termo "parque eólico" destina-se a ser representativo de qualquer sisterna incluindo duas ou mais turbinas eólicas e um sistema de controle de parque eólico adaptado para controlar a saída de potência geral gerada pelas duas ou mais turbinas eólicas em um ponto de conexão, tipicamente um ponto de conexão a uma rede elétrica ou a uma subestação, O sistema de controle de parque eólico é tipicamente uma unidade separada porém também pode ser uma parte de uma dentre as turbinas eólicas ou ste mesmo distribuído para diversas turtunas eólicas, [018] Conforme usado no presente documento, os termos "grupo de turbinas eólicas' e "grupo de turbina eólica” destínam-se a representar qualquer subconjunto de turbinas eólicas de um parcue eólico, isto é, uma ou mais turbmas eólicas do parque eólico [019] A Figura 1 é uma vista em perspectiva de uma porção de uma turbina eólica exemplificai!va 10, A turbina eólica 10 inclui uma nacela 102 que habita um gerador (não mostrado na Figura 1) A nacela 102 é montada em uma torre 104 (sendo que uma porção de torre 104 é mostrada na Figura 1). A torre 104 pode ter qualquer altura adequada que facilita operação de turbina eólica 100, conforme descnto no presente documento, A turbina eólica 100 também inclui um rotor 106 que inclui três pás 1081, 1082, 1083 fixadas a um cubo de rotação 110, Alternativamente, turbina eólica 100 inclui qualquer quantidade de pás que facilitam operação da turbina eólica 100, conforme descnto no presente documento. A seguir um rotor com uma ou mais pás de rotor também e denominado de um rotor eólico. Na realização exempliricativa, turbina eólica 10 inclui uma caixa de engrenagens (não mostrada na Figura 1) acoptoda de maneira operacional ao rotor 106 e a um gerador (não mostrado na Figura 1).

[020] Em uma realização, pás de rotor '081. 1082. 1083 têm um comprimento que está na faixa a partir de cerca de 15 metros (m) a cerca de 91 m. Alternativamente. pás de rotor 1081. 1082, 1083 podem ter qualquer comprimento adequado que possibilita q^e a turbina eólica 10 funcione conforme descnto no presente documento Por exemplo outros exemplos não limitantes de comprimentos de pá incluem 10 m ou menos 20 m 37 m ou um comprimento que è maior que 91 m. A medida que o vendo golpeia as pás de rotor 1081 1082, 1033 a partir de uma direção 28, o rotor 106 é girado em torno de um eixo geométrico de rotação 109, Â meda que as pás de rotor 1081, 1082 1083 são giradas e sujeitas a focas centrifugas pás de rotor 1081. 1082 1083 também estão sujeitais a várias forças e momento. Como tais. as pás de rotor 1081, 1082, 1083 podem desviar e/ou girar a partir de uma posição neutra ou não desviada para uma posição desviada.

[021 ] Ademais, um ângulo de passo ou passo de pá de pás de rotor 1081. 1082, 1083, isto é. um ângulo que determina uma perspectiva de pás de rotor 1081 1082. 1083 em relação à direção 28 do vento, pode ser mudado por um sistema de ajuste de passo para controlar a carga e a potência gerada pela turbina eólica 10 ajustando-se uma posição angular de pelo menos um rotor pá 1081, 1082, 1083 em relação a vetores eólicos [022} A nacela 102 também inclui um mecanismo de acionamento de guinada que pode ser usado para girar a nacela 102 em um eixo geométrico de guinada 138 para controlar a perspectiva de pás de rotor 1081. 1032. 1083 e o rotor 106, respectivamente, em relação à direção do vento local 28.

[023] A nacela 102 também inclui tipicamente pelo menos um mastro meteorológico 113 que incluí um cata-vento e anemômetro (nenhum mostrado na Figura 1) O mastro 113 fornece informações, tais como. direção do vento e velocidade do vento a um controlador de turbina 36 para controlar o gerador o sistema de ajuste de passo e/ou o mecanismo de acionamento de guinada, [0241 A Figura 2 é uma vista esquemáfica de um sistema de controle e elétrico exemplifscativo 200 que pode ser usado com a turbina eólica. 10 O rotor 106 mcfudes pás 1081 1082 acoplado ao cubo 110. O rotor 106 também inclui uma haste com baixa velocidade 112 acoplada de maneira giratóna ao cubo 110 A haste com baixa velocidade 112 é acoplada a uma caixa de engrenagens de elevação 114 que é configurada para elevar a velocidade rotacional de haste com baixa velocidade 112 e transferir a velocidade a uma haste com atta velocidade 116. Na realização exempfíficatíva, caixa de engrenagens 114 tem uma razão de elevação de aproximadamente 70:1. Por exemplo a haste com baixa velocidade 112 que gva a aproximadamente 20 rotações por minuto írprrp acoplada à caixa de engrenagens 114 com uma razão de elevação de aproximadamente 70:1 gera uma velocidade para a haste com alta velocidade 116 de aproximadamente 1400 rpm. Alternativamente, a caixa de engrenagens 114 tem qualquer razão de elevação adequada que facilita a operação da turbina eólica 10, conforme descrito no presente documento. Como uma alternativa adicionai, a turbina eólica 10 inclui um gerador de acionamento direto que e acoplado de maneira giratória ao rotor 106 sem qualquer caixa de engrenagens intervenientes [025J A haste com alta velocidade 116 é acoplada de maneira giratória ao gerador 118. Na realização exemplificatíva. o gerador 118 é um gerador tníásico de rotor bobinado duplamente alimentado (assincrono) :DFIG) que inclui um estator de gerador 120 acoplado magneticamente a um rotor de gerador 122. tm uma realização alternativa, o rotor de gerador 122 inclui uma pluralidade de imãs permanentes no lugar os enrolamentos do rotor.

[026] O sistema de controle e elétrico 200 inclui um controlador de turbina 202 O controlador de turbina 202 inclui pelo menos um processador e uma memória, pelo menos um canal de entrada de processador, pelo menos um canal de saída de processador e pode incluir peto menos um computador (não mostrado na Figura 2). Conforme usado no presente documento, o termo computador não sc limita a circuitos integrados denomirados da técnica ce um computador, porém se refere amplamente a um processador a um microcontrolador, a um microcomputador a um controlador de lógica programável (PLCi, a um circuito integrado de aplicação específica e a outros circuitos programávets (não mostrado ria Figura 2), e esses termos são usados alternativamente no presente documento. Na realização exemplifícativa a memória pode incluir, porém sem limitação, um meio legível por computador, tal como, uma memória de acesso aleatório (RAM) (não mostrado na Figura 2).

Alternativamente, um ou mais dispositivos de armazenamento, tais como, um disquete, um disco compacto - memória de somente leitura (CD-ROM), um disco óptico-magnètico (MOD), e/ou a disco digitai versátil (DVD) (não mostrado na Figura 2) podem ser usados. Além disso, na realização exempfificativa. canais de entrada adicionais (não mostrado na Figura 2) podem ser. porém sem limitação, periféricos de computador associados a uma interface operadora, tais como. um mouse e um teclado (nenhum mostrado na Figura 2). Adicionalmente, na realização exempiifícativa. caraís de saída adicionais podem incluir, porém sem limitação, um monitor de interface operadora irão mostrado na Figura 2), [027] Os processadores para o controlador de turbina 202 processam informações transmitidas a partir de uma pluralidade de dispositivos elétricos e eletrônicos que podem incluir, porém sem limitação, transdutores de tensão e de corrente. RAM e/ou dispositivos de armazenamento armazenam e transferem informações e instruções a serem executadas peto processador, RAM e/ou dispositivos de armazenamento também podem ser usadas para armazenar e fornecer informações e instruções variáveis, estáticas {isto é. sem mudança) temporárias ou outras informações intermediárias aos processadores durante a execução de instruções pelos processadores. As instruções cue são executadas incluem porém sem limitação conversão residente e'ou algoritmos ce comparação A execução de sequência de instruções não se limita a qualquer combinação especifica de conjunto de circuitos de hardware e instruções de software [028] O estator de gerador 120 é acoplado eletricamente a um comutador ce sincronização de estator 206 por meio de um barra mento do estator 208 Em uma realização exempiificativa, para facilitar a configuração de DFIG, o rotor de gerador 122 é acoplado eletricamente a um conjunto de conversão de potência bídírecíonaf 210 por meto de um barramento de rotor 212. Aiternativamente. o rotor de gerador 122 é acoplado eletricamente ao barramento de rotor 212 por meio de qualquer outro dispositivo que facilita operação do sistema de controle e elétrico 200. conforme descrito no presente documento. Como uma alternativa adicional, o sistema de controle e elétrico 200 é configurado como as a sistema de conversão de potência total (não mostrado) que inclui um conjunto de conversão de potência total (não mostrado na Figura 2) semelhante em projeto e em operação para conjunto de conversão de potência 210 acoplado eletricamente ao estator de gerador 120, O conjunto de conversão de potência total facilitar canalizar a potência elétrica entre o estator de gerador 120 e uma rede elétrica de transmissão e de distribuição de potência elétrica (não mostrado) Na realização exemplificai iva. o barramento do estator 208 transmite potência trífásica a partir do estator de gerador 120 ao comutador de sincronização de estator 206. O barramento de rotor 212 transmite potência trífásica a partir do rotor de gerador 122 para a conjunto de conversão de potência 210. Na realização exemplifícativa, o comutador de sincronização de estator 206 e acoplado eletricamente a um disjuntor de circuito de transformador principal 214 por meio de um barramento de sistema 216. Em uma realização alternativa, um ou mais fusíveis (não mostrados) são usados em vez do disjuntor de circmto de transformador principal 214. Em outra realização, nem os fusíveis nem o disjuntor de circuito de transformador principal 214 são usados.

[029] Um conjunto de conversão de potência 210 inclui um filtro de rotor 218 que é acoplado eletricamente ao rotor de gerador 122 por meio de barramento de rotor 212. Urm filtro de barramento de rotor 219 acopla eletricamente o filtro de rotor 2i8 a um conversor de potência lateral de rotor 220 e o conversor de potência lateral de rotor 220 é acoplado eletricamente a um conversor de potência lateral de linha 222. O conversor de potência lateral de rotor 220 e o conversor de potência lateral de linha 222 são pontes conversoras de potência que incluem semicondutores de potência (não mostrado. Na realização exemptiftcativa. o conversor de potência lateral de rotor 220 e o conversor de potência lateral de linha 222 são configurados em uma configuração de modulação por largura de pulso (PWM - pulse width modulatton) trifásica que inclui dispositivos ce comutação de transistor hipoíar de porta isolada (IGBT - insulated gate bipolar transistor) {não mostrado na Figura 2i que operam conforme conhecido na técnica, Aftemativamente o conversor de potência lateral de rotor 220 e o conversor de potência lateral de linha 222 têm qualquer configuração que usa quaisquer dispositivos de comutação que facilitam operação de sistema de controle e elétrico 200. conforme descrito no presente documento O conjunto de conversão de potência 210 é acoplado em comunicação de dados eletrônicos ao controlador de turbina 202 para controlar a operação do conversor de potência lateral de rotor 220 e o conversor de potência lateral de linha 222.

[030] Na realização exempiíficativa. um barramento de conversor de potência lateral de linha 223 acopla eletricamente o conversor de potência lateral de linha 222 a um filtro de linha 224. Além disso, um barramento de tinha 225 acopla eletricamente um filtro de linha 224 a um contator de linha 226 Ademais, o contator de linha 226 é aoooiaao eletricamente a um α^υηΐοί de circuito de conversão 228 por meio de um barramento de disjuntor de circuito de conversão 230 Aíém d.sso o disjuntor de circuito de conversão 223 c acoplado eletricamente ao disjuntor de circuito de transformador principal 214 por meio de barramento de sistema 216 e de um barramento de conexão 232 Alternativamente, o filtro de linha 224 é acoplado eletricamente ao barramento de sistema 216 diretamente por meio de barramento de conexão 232 e inclui qualquer esquema de proteção adequado (não mostrado} configurado para ssr responsável peta remoção do contator de linha 226 e do disjuntor de circuito de conversão 228 do sistema de controle e elétrico 200. O disjuntor de circuito de transformador principal 214 é acoplado eletricamente a um transformador principal de potência elétrica 234 por meio de um barramento lateral de gerador 236. O transformador principal 234 é acoplado eletricamente a um disjuntor de circuito de rede elétrica 238 por meio de um barramento lateral tíe disjuntor 240. O disjuntor de circuito de rede elétrica 238 é conectado à rede elétrica de transmissão e de distribuição de potência elétrica por meio de um barramento de rede eletrica 242. EM uma realização alternativa, transformador principal 234 é acoplado eletricamente a um ou mais fusíveis (não mostrado), em vez do disjuntor de circuito de rede elétrica 238 por meio de barramento lateral de disjuntor 240. Em outra realização, nem cs fusíveis nem o disjuntor de circuito de rede elétrica 238 são usados, porém, em vez disso, o transformador principal 234 é acoplado á rede elétrica de transmissão e de distribuição de potência elétrica por meio de barramento lateral de disjuntor 240 e de barramento de rede elétrica 242.

[031] Na realização exempüficatíva. conversor de potência lateral de rotor 220 e acoplado em comunicação elétrica com conversor de potência lateral de linha 222 por meio de um único enlace de corrente continua (CC) 244, Alternativamente, o conversor de potência iateral de rotor 220 e o conversor de potência lateral ce I nna 222 sâo acoplados eletricamente por meio de enlaces de CC individuais e separados mão mostrado na figura 2) O enlace de CC 244 incluí um trilho positivo 246. um trilho negativo 248 e pelo menos um capacitar 250 acoplado entre o trilho positivo 246 e o trilho negativo 248. Alternativamente, o capacitar 250 inclui um ou mais capacitores configurados em série e/ou em paralelo entre o trilho positivo 246 e o trilho negativo 248.

[0321 O controlador de turbina 202 é configurado para receber uma pluralidade de sinais de medição de tensão e de corrente elétrica a partir de um primeiro conjunto de sensores de tensão e de corrente elétrica 252.

Ademais, o controlador de turbina 202 é configurado para monitor e para controlar pelo menos algumas das variáveis operacionais associada à turbina eólica 10 Na realização exempíificativa cada um desses três sensores de tensão e de corrente elétrica 252 são acoplados eletricamente a cada uma das três fases de barramento de rede elétrica 242, Alternativamente. os sensores de tensão e de corrente elétrica 252 são acoplados eletricamente ao barramento de sistema 216, Como uma alternativa adicionai, os sensores de tensão e de corrente elétrica 252 são acoplados eletricamente a qualquer porção de sistema de controle e elétrico 200 que facilita operação de sistema de controle e elétrico 200 conforme descrito no presente documento. Ainda como uma alternativa adicionai o controlador de turbina 202 é configurado para receber quatquer quantidade de sinais de medição de tensão e de corrente elétrica a partir de qualquer quantidade de sensores de tensão e de corrente eíétrica 252 incluindo, porem sem limitação, um sinal de medição de corrente de tensão e elétrico a partir de um transdutcr.

[033] Conforme mostrado na Figura 2 o sistema de controle e elétrico 200 também inclui um controlador conversor 262 que é configurado para receber uma pluralidade de sinais de medição de tensão e de corrente eletrica. Por exemplo, em uma realização o controlador conversor 262 recebe sinais de medição de tensão e de corrente elétrica a partir de um segundo conjunto de sensores de tensão e de coreníe eiétnca 254 3eoo'adcs em comunicação de dados eletrônicos ao barramento dc estator 208 O controlador converso- 262 recebe um terceiro conjunto de sinais de medição de tensão e de corrente elétrica a partir de um terceiro conjunto de sensores de tensão e de corrente elétrica 256 acoplados em comunicação de dados eletrônicos ao barramento ce rotor 212 O controlador conversor 262 tamcérr recebe um quarto conjunto de sinais de medição de tensão e de corrente elétrica a partir de um quarto conjunto de sensores de tensão e de corrente eiétnca 264 acoplados em comunicação de dados eletrônicos ao barramente de disjuntor de circuito de conversão 230. O segundo conjunto de sensores de tensão e de corrente elétrica 254 e semelhante substancialmente ao primeiro conjunto de sensores de tensão e de corrente elétrica 252, e o quarto conjunto de sensores de tensão e de corrente elétrica 264 é semelhante substancialmente ao terceiro conjunto de sensores de tensão e de corrente elétrica 256, O controlador conversor 262 é semelhante substancialmente ao controlador de turbina 202 e é acoplado em comunicação de dados eletrônicos ao controlador de turbina 202. Ademais, na realização exempíificativa, o controlador conversor 262 está integrado fisicamente dentro do conjunto de conversão de potência 210 Alternativamente, o controlador conversor 262 tem qualquer configuração que facilita operação de sistema de controle e elétrico 200, conforme descrito no presente documento.

[034] Durante a operação, pás de 1081 1082 e as pás 1081. 1082 de impacto do vento transformam energia eólica em um torque rotactonaf mecânico que acionada de maneira giratória a haste com baixa velocidade 112 por meio de cubo 110. A haste com baixa velocidade 112 aciona a caixa de engrenagens 114 que eleva subsequentemente a baixa velocidade rotacional da haste com baixa velocidade 112 para acionar a com aita velocidade 116 a uma velocidade rotacional aumentada. Na realização exempíificativa. um codificador 265 conectado à haste com baixa velocidade 112 ou à haste com alta velocidade 116 pode ser usado para medir uma velocidade rotacional e/ou uma posição angular oa haste e do rotor 106 respectivo respectivamente [035] A haste com alta velocidade 116 aciona de maneira giratória o rotor de gerador 122. Um campo magnético rotativo é induzido pelo rotor de gerador 122 e uma tensão é induzida dentro do estator de gerador 120 que é acoplado magneticamente ao rotor de gerador 122 O gerador 118 converte a energia mecânica rotacional a um sinal de energia elétrica de corrente alternada (CA.) trifásico smusoidal no estaíor de gerador 120. Â potência elétrica associada é transmitida ao transformador principal 234 por meio de barramento do estator 208. do comutador de sincronização de estator 206. do barramento de sistema 215. do disjuntor de circuito de transformador principal 214 e do barramento lateral de gerador 236. O transformador principal 234 eleva a amplitude de tensão da potência elétrica e a potência elétrica transformada é transmitida adicionalmente a uma rede elétrica por meio do barramento do lateral de disjuntor 240, do disjuntor de circuito de rede elétrica 238 e do barramento de rede elétrica 242.

[036] Na realização exemplificativa é fornecido um segundo trajeto de transmissão de potência elétrica. A potência de CA elétrica, trifásica sinusoidal é gerada dentro do rotor de gerador 122 é transmitida ao conjunto de conversão de potência 210 por meto de barramento de rotor 212. Dentro do conjunto de conversão de potência 210. a potência elétrica ê transmitida para o filtro de roior 218 e a potência elétrica é modificada para a taxa de mudança dos sinais de PWM associados ao conversor de potência lateral de rotor 220. O conversor de potência lateral de rotor 220 atua como um retifica dor e retifica a potência de CA para potência de CC sinusoidal trifásica. A potênma de CC é transmitida para o enlace de CC 244. O capacitor 250 facitúa mitigar as variações de amplitude de tensão cie enlace de CC 244 facilitando-se a mitigação de uma ondulação de CC associada à retificação de CA.

[037] A potência de CC é transmitida subsequentemente a partir do enlace de CC 244 para o conversor de potência lateral de linha 222 e o conversor de potência lateral de linha 222 atua como um inversor configurado para converter a potência elétrica de CC do enlace de CC 244 em potência elétrica de CA trifásica sinusoidal om tensões, correntes e frequências predeterminadas. Essa conversão é monitorada e controlada por meio do controlador conversor 262. A potência de CA convertida é transmitida a partir do conversor de potência iaterai de linha 222 para o barramento de sistema 216 por meio do barramento de conversor de potência lateral de linha 223 e do barramento de tinha 225, do contator de linha 226, do barramento de disjuntor de circuito de conversão 230. do disjuntor de circuito de conversão 228 e do barramento de conexão 232. O filtro de linha 224 compensa ou ajusta correntes harmônicas na potência elétrica transmitida do conversor de potência lateral de iinha 222 O comutador de sincronização de estator 206 é configurado para fechar para facilitar a conexão da potência trifásíca a partir do estator de gerador 120 à potência trifásíca a partir do conjunto de conversão de potência 210.

[038] O disjuntor de circuito de conversão 228, o disjuntor de circuito de transformador principal 2*4 e o dísjuntcr oe ciromtc oe rede e et'-ca 238 são configurados para desconectar barramentos correspondentes, por exemplo, quando fluxo de corrente excessivo pode danificar os componentes do sistema de controle e elétrico 200. Componentes de proteção adicionais também são fornecidos incluindo o contator de linha 226, que pode ser controlado para formar uma desconexão abrindo-se um comutador (não mostrado na figura 2> correspondente a cada linha de barramento de linha 225.

[039] O conjunto de conversão de potência 210 compensa ou ajusta a frequência da potência trifásíca do rotor de gerador 122 para mudanças, por exemplo, na velocidade do vento no cubo 110 e nas pás 1081, 1082 Portanto, dessa maneira, frequências mecânicas e de rotor elétrico são desacoplados da frequência de estator Consequentemente, o gerador 118 é um gerador de velocidade variável [040] Sob algumas condições, as características btdirecíonats do conjunto d© conversão de potência 210 e, especificamente, as características bidirecíonais do conversor de potência lateral de rotor 220 e do conversor de potência lateral de linha 222 facilitam a retroalimentação de pelo menos parte da potência elétrica gerada ao rotor de gerador 122 Mais especifieamente. a potência elétrica é transmitida a partir do barramento de sistema 216 para o barramento de conexão 232 e. subsequentemente, através do disjuntor de circuito de conversão 228 e do barramento de disjuntor de circuito de conversão 230 para o conjunto de conversão de potência 210. Dentro do conjunto de conversão de potência 210, a potência elétrica ê transmitida através do contator de linha 226. do barramento de linha 225 e do barramento de conversor de potência lateral de linha 223 para o conversor de potência lateral de linha 222. O conversor de potência lateral de linha 222 atua como um retfficador e retifica a potência de CA para potência de CC sinusoidal trifásíca. A potênaa de CC é transmitida no enlace de CC 244. O capacitor 250 facilita mitigar variações de amplitude de tensão de enlace de CC 244 facilitando-se a mitigação de uma ondulação de CC associadas, às vezes, à retificação de CA trifásíca.

[041] A potência de CC e transmitida, subsequentemente, a partir do enlace de CC 244 para o conversor de potência lateral de rotor 220 e o conversor de potência lateral de rotor 220 atua como um inversor configurado para converter a potência elétrica de CC transmitida do enlace de CC 244 para uma potência elétrica de CA triíasica smusoidai com tensões, correntes e frequências predeterminadas Essa conversão é monitorada e controlada cc meio do controlador conversor 262, A potência de CA convertida é transmitida a partir do conversor de potência lateral de rotor 220 para o filtro de rotor 218 por meio do filtro de barramento de rotor 219 e é transmitida, subsequentemente ao rotor de gerador 122 por meio do barramento de rotor 212. desse modo. facilitando operação subsíncrona.

[0421 O conjunto de conversão de potência 210 é configurado para receber sinais de controle do controlador de turbina 202 Os s;na*s de controle têm base em condições captadas ou em características de operação de turbina eólica 10 e de sistema de controle e elétrico 200- Os sinais de controle sâo recebidos pelo controlador de turbina 202 e usados para controlar a operação do conjunto de conversão de potência 210, A retroatimentação de um ou mais sensores pode ser usada pelo sistema de controle e eletrico 200 para controlar o conjunto de conversão de potência 210 por meio de controlador conversor 262 incluindo, por exemplo, retroalimentaçôes de tensão e de corrente de fcarramento de disjuntor de circuito de conversão 230, de barramento do estator e de barramento de rotor por meio do segundo conjunto de sensores de tensão e de corrente elétrica 254. o terceiro conjunto de sensores de tensão e de corrente elétrica 25Θ e o quarto conjunto de sensores de tensão e de corrente elétrica 264. Com o uso dessas informações de retroalímentação e, por exemplo, da comutação de sinais de controle, os sinais de controle (proteção) de comutador de sincronização de estator sinais de controle e o sistema disjuntor de circuito podem ser gerados de uma maneira conhecida. Por exemplo para um transiente de rede elétrica tensão com características predeterminadas, o controlador conversor 262 irá impedir pelo menos de maneira temporariamente substancial que os IGBTs conduzam dentro do conversor de potência lateral de linha 222. iai suspensão de operação do conversor de ooténoa lateral de linha 222 ira mitigar substanciaimente a potência elétrica que ê canalizada através do conjunto de conversão de potência 210 para aproximadamente zero [043] Na realização exemplificattva. o controlador de turbina 202 é conectado a um sistema de controle de parque eólico 205 que opera como um controle supervisor para o controlador de turbina 202. Isso é explicado em mais detalhe em relação à Figura 3, [044] Na Figura 3 á mostrada uma ilustração esquemática de um parque eólico 300. Na realização exemplificattva, quatro turbinas eólicas 301 a 304 que podem ser semelhantes, conforme explicado acima, em relação à Figura 1 e à Figura 2 são conectadas por meio de uma rede elétrica interna 320 com uma subestação de transformador 350. Verifique que a Figura 3 mostra, para propósitos de simplicidade, apenas quatro turbinas eólicas 301 a 304 Grandes parques eólicos podem ter mais que cem turbinas eólicas controladas por controlador central 305 que operar como um sistema de controle de parque eólico. G controlador 305 é localizado, tipicamente, em uma subestação separada, porem também pode ser parte de uma dentre as turbinas eólicas Conforme explicado acima, o sistema de controle de parque eólico 305 pode ser centralizado ou distribuído para as turbinas eólicas.

[045] A potência produzida pelas turbinas eólicas 301 a 304 pode ser elevada em tensão pelos transformadores de turbina (não mostrado) antes de serem acoplados á rede elétrica interna 320 A rede elétrica interna 320 è, tipicamente, urna rede de corrente alternada (CA) de média tensão trífásica que opera, por exemplo, em pouca quantidade de kV até pouca quantidade de 10 kV e 50 Hz ou 60 Hz Um transformador de estação 351 da subestação de transformador 350 é usado, tipicamente, para elevar a tensão da tensão de rede elétrica interna a uma tensão de transmissão exigida da rede elétrica de serviços públicos, externa ou principal 900 a qua! a subestação de transformador 400 pode ser conectada no ponto de acoplamento comum (PCC) 903 com o uso de um comutador de potência adequado 352 Adicionalmente, a rede elétrica interna 320 pode potencializar o controlador central 305 e/ou as turbinas eólicas 301 to 304, [046] Em um sistema elétrico de CA, a corrente. I. e a tensão. V. podem estar fora fase. Consequentemente, o produto da corrente e a tensão S=Í*V podem ser complexos. No contexto dessa aplicação, o termo potência deve abranger a potência complexa, a potência ativa ou real P=Re«S). isto é. para a energia que é transferida por unidade de tempo e para a parte imaginária de S denominada de potência reativa Q=lm(S), Igualmente, o termo 'ponto de definição de potência" deve abranger pontos de definição para potência complexa, potência ativa e potência reativa que podem ser emitidas para os controladores de turbina eólica como pontos de definição para controlar a produção de potência da turbina eólica respectiva, [047] O controlador central 305 é disposto para comunicação com as turbinas eólicas 301 a 304 por meio de enlaces de comunicação (setas completas), que podem ser implantados em hardware e/ou software. Tipicamente, os enlaces de comunicação 550 são compreendidos como uma LAN de Ethernet que também irá habilitar controle remoto com o uso de um computador de SCADA (Controle Supervisório e Aquisição de Dados tSupervtsory, Centrei and Data Acquisition)) Bdf) No entanto, os enlaces ce comunicação (setas) também podem ser configurados para comunicar remotamente sinais de dados para o controlador centrai 305. e a partir do mesmo em conformidade com qualquer rede de comunicação de fibra óptica, cabeada ou sem fio conhecidos por um versado na técnica. Tais sinais de dados podem incluir, por exemplo, smais indicativos de condições de operação de turbina eólica individual que são transmitidos ao controlador centrai 305 e vários sinais de comando comunicados pelo controlador central 305 para as turbinas eólicas 301 a 304 para supervisionar a produção de potência das turbinas eólicas 301 a 304 Verifique que as setas completas raceiadas e pontilhadas na Figura 3 indicam apenas que há enlaces entre o controlador central 305 e os outros dispositivos. As mesmas não refletem necessariamente a topologia dos enlaces de comunicação usados.

[048] Adicionalmente, o controlador central 305 é tipicamente operáveí para controlar o comutador de potência 352 e/ou vários dispositivos de comutação ou atuadores (não mostrados), tais como alimentadores. comutadores de potência, capacítores e reatores por meio de enlaces de comunicação adicionais (não mostrados), oor exemplo, um barramento de CAN (Área de Rede de Controle (Controlador Area NetWork);», para controlar por exemplo, frequência, saída de potência ativa e reativamente do parque eólico 300.

[049] Em outras palavras, o controlador central 305 é operãvel como um sistema de controle de parque eólico e um controlador de parque eólico, respectivamente, e realiza tipicamente um controle ou regulagem de cido fechado oe modo que o parque eólico 300 produza potência ativa e reativa, de acordo com uma determinada solicitação ou pontos de definição globais do parque eólico 10. Deve-se entender, que o termo "controle" também pode se referir a “regular" ou 'regulagem".

[050} Em um modo de controle convencionai, o controlador centrai 305 pode ler a potência reativa atual e a potência (real ou ativa) atuat no PCC 903. comparar os valores medidos com os pontos de definição global e emitir potência e comandos VAR (reativos a tensão e amperei ou pontos de definição para cada turbina eólica 301-304 em cada desvio. Efetivamente isso também faz com que o parque eólico 300 atue como uma única produção de unidade de potência em vez de turbinas eólicas individuais [051] De acordo com uma realização, o parque eólico 300 e dividido em dois grupos 370. 371 de turbinas eólicas, um primeiro grupo ou um primeiro subconjunto 37C de turbinas eólicas a ser operado em um modo não restrito para fornecer potência disponível máxima com base na velocidade do vento e um segundo grupo ou uni segundo subconjunto 371 de turbinas eólicas a ser onerado em um modo restrito oara fornecer uma reserva de potência cara todo o parque eólico 300. A seguir, o primeiro gr jpo 373 e c sen ndo grupo 371 também são denominados de segmento de base 370 e segmento de reserva 371, respectivamente do parque eólico 300. Verifique que alimentar adicionalmente a reserva de potência of parque eólico 300 na rede elétrica 900 pode ser solicitado para um curto tempo de alguns segundos, minutos ou até horas. Consequentemente, a potência latente armazenada nos rotores de turbinas eólicas (energia interna os rotores) é muito baixa em muitas circunstâncias.

[052] Na realização exemplificativa. o segundo grupo (segmento de resen/a) 371 tem dois turbinas eólicas 301. 302 No entanto, isso è apenas um exemplo. Adictonalmente. apenas duas turbinas eólicas 303. 304 do primeiro grupo (segmento de base) 370 sâo ilustradas na Figura 3 para propósito de esclarecimento O primeiro grupo 370 pode ter mais que 50 ou mais que 100 turbinas eólicas Isso é indicado pelas linhas verticais pontilhadas na caixa pontilhada 370 da Figura 3 Adicionalmente. o primeiro grupo 370 tem tipicamente mais turbinas eólicas do que o segundo grupo 371.

[053] Mais adícionalmente, a alocação (agrupamento) das íurbmas eólicas nos dois grupos de turbinas eólicas 370. 371. pode mudar durante operação do parque eolico 300. Por exempíc o controlador 305 pode ser configurado para realocar as turbinas eólicas durante operação. A medida que as turbinas eólicas do segundo grupo 371 são expostas a cargas menores, a relocação regular (troca) das íurbmas eólicas pode ser usada para distribuir mais igualmente a carga no parque eólico. Consequentemente, custos de manutenção e/ou tempos de inatividade podem ser reduzidos.

[054] 7 ipicamente é exigido aoenas um número de vista de turbinas eólicas para fornecer a reserva para todo o parque eólico 300. Uma reserva de potência exigida do parque eólico 300 pode estar em uma faixa entre cerca de 13 e 57 da potência de saída de parques eólicos alimentadas a rede elétrica 900.

[055] De acordo com uma realização, o número Np exigido de turbinas eólicas para o segmento de reserva 371 é para cada porcentagem da reserva de potência P=> exigida determinada por cerca de 5% de turbinas em linha N0, que pode corresponder ao número total de turbinas eólicas do parque eólico 300 ou menos, por exemplo, devido à manutenção: Nq = No * Pr / 20%, em que Np è determinado como um valor de numero interior arredondado ou quebrado. Por exemplo, para 1% de reserva de potência fPq=1%), 95% das turbinas são alocadas no segmento de base 370 e permanecem não restritas e 5% das turbinas são alocadas no segmento de reserva 371 para fornecer a reserve para todo o parque eóíico 300.

[056] Tipicamente, o controlador de parque eólico 305 recalcula o Nr e, caso mudado, realoca as turbinas eólicas quando número de Ne de turbinas eólicas em linha muda ou quando uma nova solicitação de reserva de potência é recebida.

[057] Adicionalmente, o controlador de parque eólico 305 realoca tipicamente as turbinas eólicas 301 a 304, caso uma turbina eólica deva ser encerrada, ou aumenta uma exceção de erro ou mensagem de aviso.

[058] Adicíonalmente, um temponzador pode ser usado para trocar regularmente as turbinas eólicas no segmento de reserva 371 por turbinas eólicas alocada no segmento de base 370.

[059] Em particular o desgaste no sistema de passo de turbinas eólicas pode se- reduzido substancralmente e o tempo de vida dos sistemas de passo pode ser aumentado realocando-se regularmente as turbinas eólicas. De acordo com uma estimativa o tempo de manutenção com mais que 200,000 horas para os sistemas de passo pode ser poupado durante o tempo de vida em media de um parque eólico 300 com 95 turbinas eólicas no segmento de base 37C e com 5 turbinas eólicas no segmento de reserva 371 trocando-se regularmente as turbinas eólicas no segmento de reserva 371 e no segmento de base 370, respectivamente (permutar uma alocação de turbinas entre o segmento de base e o segmento de reserva 370, 371).

[060] Por exemplo, em um primeiro intervalo de tempo de por exemplo, uma hora as turbinas eólicas 1 a 5 podem formar urr segmento de reserva 371, Em um segundo intervalo de tempo subsequente, as turbinas eólicas 6 a 10 podem formar o segmento de reserva 371 e assim por diante. Consequentemente, o tempo de operação em modo reverso (tempo de operação de restrição) pode ser tguai substancialmente para toda turbina eólica do parque eólico 300, [061} Um temporizador pode ser usado para acionar a realocação das turbinas após um tempo configurado (por exemplo, uma hora) Tipicamente, a disponibilidade das turbinas no parque eólico também é verificada. Quando uma turbina eólica se torna indisponível para c segmento de reserva (devido à manutenção, baixa condição de vento em estado de erro ou semelhantes) uma nova turbina eólica pode ser movida a partir do segmento de base 370 ao segmento de reserva (371), A turbina eólica com o tempo de operação de restrição mais baixo pode ser selecionada como uma nova turbina eólica.

[062} Em outras realizações, o tempo de operação das turbinas eólicas no segmento de reserva 371 pode depender do estado de manutenção, estado de carga, estado de erro e/ou condição de vento das mesmas por exemplo, baixa condição de vento.

[063] Adicionaimente. as turbinas eólicas do segmento de base 370 podem ser operadas pelo menos temporariamente com o uso de então chamada estratégia com menos passo Consequentemente a produção de potência do oarque eólico 300 pooe se - aumentada [064} A produção de potência real do segmento de base 370 pode ser determinada diretamente a partir das reais saídas de potência das turbinas eólicas 303. 304. Tipicamente, o controlador de parque eólico 305 determina a produção de potência real do segmento de base 370 como uma soma dos valores medidos das reais saídas de potência individuais das turbinas eólicas 303, 304 no segmento de base 370. Portanto, a produção de potência real do segmento de base 370 represente a totai capacidade real das turbmas eólicas correspondentes 303, 304.

[065] De acordo com uma realização, a produção de potência máxima possível do segmento de reserva 371 é determinada tipicamente pelo controlador de parque eólico 305 como uma soma da possível potência máxima estimada das turbinas eólicas 301. 302 em uma determinada condição ambiental. A seguir, a possível potência máxima estimada também é denominada de produção de potência máxima esperada. A produção de potência máxima esperada das turbinas eólicas individuais 301, 302 pode ser obtida medindo-se a velocidade do vento local com o uso de. por exemplo, um anemômetro da turbina eólica respectiva, e calculando-se uma potência máxima correspondente a partir de uma curva de potência de referência ou uma tabela de consulta Alternativa ou adicionalmente, a simulação pode ser usada para determinar a possível potência máxima em uma determinada condição de vento.

[066] Após isso, o controlador de parque eólico 305 pode calcular uma saída de potência máxima possível do parque eólico 3C0 com o uso da produção de potência real do segmento de base 370 e da produção de potência máxima possível do segmento de reserva 371. Tipicamente, a saída de potência máxima possível do parque eólico 300 é calculada como uma soma da produção de ootência real do segmento de base 370 e a produção de potência máxima possível do segmento de reserva 371 que é tipicamente reduzida por perdas de parque eólico esperadas.

[067] Apos isso. o controlador de parque eólico 305 pode calcular uma reserva de potência desejada para a saída de potência máxima possível Por exemplo, o controlador de parque eólico 305 pode ter recebido uma solicitação de reserva de potência como urna porcentagem de potência alimentada à rede elétrica. Nessa realização, o controlador de parque eólico 305 calcula a reserva de potência desejada como fração correspondente da saída de potência máxima possível.

[068] Após isso, o controlador de parque eólico 305 pode, enquanto as turbinas eólicas do segmento de base 370 são operadas no modo não restrito, determinar e emitir ponto de definição de potência para as turbinas eólicas 301. 302 do segmento de reserva 371 de modo que uma produção de potência esperada do segmento de reserva seja compatível substancialmente com uma diferença entre a produção de potência máxima possível do parque eólico e da reserva de potência desejada. Consequentemente, uma reserva de potência solicitada pode ser dotada de redução reduzida de rendimento de potência anual.

[069] Em comparação à estimação da produção de potência máxima possível do parque eólico com o uso de medição de velocidade do vento e curvas de potência de referência para todas as turbinas no parque eólico, espera-se que a potência possível estimativa da abordagem descrita seja aprimorada, por exemolo, por um fator de 20 para uma reserva de potência a 1%. Isso se deve à contribuição reduzida de medição de velocidade do vento com base na estimativa de potência do parque eolico 300. Verifique que apenas 5% das turbinas eólicas são alocadas no segmento de reserva 371 para uma reserva de potência a 1%. Portanto, a contribuição das mesmas para a saída de potência máxima possível do parque eólico 300 é apenas de cerca de 5%. Consequentemente, o parque eólico 300 pode ser controlado em modo reverso com uma mencr margem de segurança em relação à reserva de potência. Portanto, o rendimento anual de parque eólico 300 pode ser aumentado.

[070] Após receber uma a solicitação de redução de potência para o parque eólico 300. o controlador de parque eólico 305 opera tipicamente todas as turbinas eólicas 301 a 304 em um modo restrito correspondente, Por exemplo todas as turbinas eoiicas 3C1 - 304 podem ser alocadas no segmento de reserva 371. Nesse evento, determinar a reserva de potência com alta precisão não é exigida tipicamente.

[071] A Figura 4 mostra um diagrama de blocos de uma parte de um sistema de controle de parque eólico 405 que pode ser usado para controlar a parque eólico 400. em conformidade com a solicitação de reserva de potência 49 para o parque eólico 400. O parque eólico 400 pode ser semelhante ao parque eólico 300 explicado acima em relação à Ftgura 3.

[072] Tipicamente, o parque eólico 400 inclui um sistema de medição 401 para medir produções de potência individual 35 das turbinas eólicas de um primeiro grupo 47C de turbinas eoficas (segmento de base) e para medir condições de vento 21 das turbinas eólicas do segundo grupo 471 de turbinas eólicas (segmento de reserva) [073] Semelhantemente, conforme explicado acima, em relação à Figura 3, o sistema de controle de parque eólico 405 pode incluir unidades adicionais (não mostrado na Ftgura 4) para dividir e/ou realocar as turbinas eólicas no primeiro e no segundo grupos 47C, 471, [074] Consequentemente, cada uma das turbinas eólicas de parque eólico 400 tipicamente inclui um sistema de medição eólica 1 2 tal como, um anemômetro para determinar a condição de vento loca! 21 (em particular a velocidade do vento local) e um sistema de medição de potência adequado 3, 4, 5 tal como uma potência meter para determinar uma potência de saída Nessa realização, o sistema de medição 401 é distribuído para as turbinas eólicas. Verifique que os sistemas de medição eólicos 1 2 e os sistemas de medição de potência 3, 4 5 mostrados na Figura 4 correspondem tipicamente a cinco diferentes turbinas eólicas de parque eólico 400 Para propósito de esclarecimento, controlar o parque eolico 400 é descrito em relação a cinco turbinas eólicas apenas, [075] As condições de vento 21, em particular, as velocidades do vento locais sâo usadas tipicamente como valores de entrada para um estimador de potência 420 para calcular produções de potência máxima possível 42 das turbinas eólicas individuais. Conforme indicado pela linha tracejada na caixa 420. um estimador de potência separado 420 pode ser usado para cada turbina ecdca do segundo grupo. Por exemplo, cada turbina eólica de parque eólico 400 pode ter o seu próprio estimador de potência 420 que emite a produção de potência máxima possível calculada 42 da turbina eólica respectiva.

[076] O sistema de controle de parque eólico 405 usa tipicamente um adicionador 430 para calcu ar uma produção de potência máxima possível 43 do segundo grupo 471 corno uma soma das possíveis produções de potência máxima 42 das turbinas eólicas individuais do grupo 471 Uma unidade média opcional 435 ou um filtro de baixa passagem, por exemplo, um filtro de baixa passagem de primeira ordem 435 pode ser usado para formar um valor de ruído reduzido 431 da produção de potência máxima possível 43 de segundo grupo 471 [077] Na realização exemplificativa, o sistema de controle de parque eolíco 405 inclui adicionalmente um adicionador 410 para determinar a produção de potência ma· 41 do primeiro grupo 47 como uma soma das produções de potência individual 35 alimentadas ao adicionador 410 Adicionalmente, uma unidade média opcional 415 ou um filtro de baixa passagem ooí exemplo, um filtro de baixa passagem de primeira ordem 415 pode ser usado para formar um valor de rindo reduzido 411 da produção de potência real 41.

[078j A produção de potência máxima possível 43 de segundo grupo 471 e o valor de ruído reduzido da mesma 431. respectivamente, e a produção de potência real 41 do primeiro grupo 470 e o valor de ruído reduzido da mesma 431, respectivamente, são usados como entrada de um parque eólico estimador de potência unidade 450 para calcular uma saída de potência máxima possível 45 de parque eólico 400. Tipicamente, a saída de potência máxima possível 45 de parque eólico 400 é calculada como uma soma da produção de potência máxima possível 43 de segundo grupo 471 e o valor de ruído reduzido da mesma 431. respectivamente e a produção de potência real 41 do prímeírc grupo 470 e o valor de ruído reduzido da mesma 431. respectivamente, é reduzido por perdas esperadas 44 de parque eólico 400.

[079] As perdas esperadas 44 pode ser calculada por uma unidade estímadora de perda 440 que soma tipicamente perdas internas, tais como. a potência usada para um controlador centra!, as turbinas eólicas, o sistema de medição 401. perdas de conversão de potência (elevação de tensão) e semelhantes. Por exemplo, a produção de potência máxima possível 43 de segundo grupo 471 e o valor de ruído reduzido da mesma 431, respectivamente, e a produção de ootènaa real 41 do primeiro grupo 470 e o valor de ruído reduzido da mesma 431, respectivamente, podem ser usados como entradas da unidade estímadora de perda 440 para determinar perdas de conversão de potência esperadas.

[080] Para calcular uma reserva de potência desejada 46 para parque eolico 400. a saída de potência máx>ma possível 45 de parque eólico 400 e a solicitação de reserva de potência externa 49 pode ser alimentada a uma resetva de unidade oe potência 450 que calcula tipicamente a reserva de potência 46 como uma fração correspondente da saída de potência máxima possível 45. por exemplo, um centésimo da saída de potência máxima possível 45 para uma solicitação de reserva de potência externa 49 de 1 % [081] Em uma subunidade 467 uma produção de potência esperada 47 {produção de potência exigida} para o segundo grupo 471 pode ser determinada calculando-se uma diferença entre a produção de potência máxtma possível 43. 431 e a reserva de potência desejada 46.

[082] A produção de potência esperada 47 pode ser emitida como um ponto de definição de potência de grupo 47 a uma unidade de distribuição de potência 488 configurada para calcular e emitir pontos de definição de potência individual 48 para as turbinas eólicas do segundo grupo 471.

[083] Consequentemente, o sistema de controle de parque eólico 405 é configurado para calcular ponto(s) de definição de potência para cada turbinais) eólicats) do segundo grupo 471 de modo que a produção de potência esperada 47 do segundo grupo 471 seja compatível substancíaimente com a diferença entre a produção de potência máxima possível 43. 431 e a reserva de potência desejada 46.

[084] O método realizado pelo sistema de controle de parque eólico 405 pode descrito em uma realização como: dividir ou alocar o parque eólico 400 em um primeiro grupo 470 de turbinas eólicas a ser operado em um modo não restrito e um segundo grupo 471 de turbinas eólicas a se operado em um modo restrito; determinar uma produção de potência real 41, 411 do primeiro grupo 470; determinar uma condição de vento para o segundo grupo 471: determinar uma produção de potência máxima esperada 43. 431 para o segundo grupo 471 na condição de vento: determinar uma saída de potência possível 45 do parque eólico com o uso da produção de potência real 41. 411 e da produção de potência máxima esperada 31, 311: determinar ponto(s) de definição de potência 48 para pelo menos uma turbina eólica do segundo grupo 471 com o uso da saída de potência possível 45. da solicitação de reserva de potência 49 e da produção de potência máxima esperada 43, 431; e operar a pelo menos uma turbina eólica do segundo grupo 471, em conformidade com o(s) ponto(s) de definição de potência 48.

[085] Verifique que as funções de sistema de controle de parque eólico 405 podem ser compreendidas com outra topoiogia. A seguir, são explicados métodos relacionados adicionalmente para operar um parque eólico.

[086] A Figura 5 é um fluxograma de um método 1000 para operar um parque eólico, por exemplo, um parque eólico conforme explicado acima em relação ãs Figuras 3 e 4.

[087] Após a partir no bloco 1001, as turbinas eólicas são divididas (alocadas) em um primeiro grupo de turbinas eólicas (segmento de base) a ser operado em um modo não restrito e um segundo grupo de turbinas eólicas (segmento de reserva) a ser operado em um modo restrito para fornecer uma reserva de potência para o parque eólico em um bloco 1010. Isso pode ser feito, por exemplo, antes de conectar o parque eólico a uma rede elétrica (desconectado) ou durante operação normal do parque eólico (conectado), [088] No bioco 1010, uma quantidade exigida de turbinas eólicas para o segundo grupo aue garante uma reserva de potência grande o suficiente pode ser determinada em conformidade com uma solicitação de reserva de potência antes de selecionar as a turbinas eólicas para o segundo grupo.

[089] Após isso. uma produção de potência real do primeiro grupo de turbinas eólicas pode ser determinada no bloco 1100 Isso pode incluir valores de medir valores da produção de potência real para cada uma das turbinas eólicas do primeiro grupo de turbinas eólicas, determinar uma soma dos da produção de potência real, e/ou filtrar a soma através do filtro de baixa passagem.

[090] Após isso, uma produção de potência máxima oossive' do segundo grupo de turbinas eólicas em uma determinada condição ambientai pode ser estimada em um bloco 1200. isso pode incluir determinar condições de vento locais (velocidade do vento e/ou direção do vento e/ou densidade do ar e/ου temperatura) para a(s) turbina(s) eólica(s) do segundo grupo de turbinas eólicas, e calcular produção(ões) de potência máxima possível da(s) turbinais) eólica(s) do segundo grupo de turbinas eóltcas na condição de vento(s).

[091] A ordem dos blocos 1100 e 1200 também pode ser reservada, Adicionalmente, os blocos 1100, 1200 podem ser realizadas em paralelo.

[092] Em um bloco 1300 é estimada uma saída de potência máx«ma possível do parque eólico com o uso da produção de potência real do primeiro grupo e da produção de potência máxima possível do segundo grupo. Isso pode incluir determinar uma soma da produção de potência reaí do primeiro grupo de turbinas eólicas e da produção de potência máxima possível para o segundo grupo de turbinas eólicas, determinar perdas esperadas do parque eólico e subtrair as perdas esperadas do parque eólico da soma.

[0931 Em um bloco subsequente 1400. a reserva de potência pode ser estimada para a saída de potência máxima possível, tipicamente, como urra fração da saída de potência máxima possível, em conformidade com um externo recebido com o uso de uma solicitação de reserva de potência, [094] Em um bloco subsequente 1500, pontoís! de definição de potência sâo atualizados para a(s) turbinais) eófica(s) do segundo grupo de modo que uma produção de potência esperada dc segundo grupo de turbinas eólicas seja compatível substancialmente com uma diferença entre a produção de potência máxima possível e a reserva de potência, Isso pode incluir subtrair a reserva de potência da produção de potência possível esperada para determinar uma produção de potência desejada do segundo grupo, determinar um ponto de definição de potência de grupo para o segundo grupo de turbinas eólicas em conformidade com a produção de potência desejada, dividir o ponto de definição de potência de grupo em pontos de definição individuais para as turbinas eólicas do segundo grupo e emitir os pontos de definição individuais para as turbinas eólicas do segundo grupo [095] Tipicamente, os pontos de definição individuais para as turbinas eólicas do segundo grupo são determinados de modo que as turbinas eólicas do segundo grupo sejam restritas para a mesma fração ou porcentagem da possível potência máxima individual das mesmas, isso garante de uma maneira fácil e segura que o parque eólico atende às exigências de reserva de potência externa Adicionalmente, esse algoritmo para determinar um ponto de definição de potência individual também funciona para segundos grupes que tem turbinas eólicas de diferente potência nonrnal e/ou diferentes constnções de potência. Portanto, esse algoritmo também pode ser usado livre de altercação, caso a composição do segundo grupo mude. por exemplo, devido à reatocação das turbinas eólicas.

[096] Por exemplo, o ponto de definição de potência de grupo para o segundo grupo pode ser determinado como uma razão R entre a produção de potência desejada (produção de potência esperada para fornecer a reserva de potência) do segundo grupo e a produção de potência máxima possível do segundo grupo, ou como uma porcentagem correspondente. A produção de potência máxima possível do segundo grupo de turbinas eólicas é determinada tipicamente como uma soma rias produções de potência máxima possível ndívidual das turbinas eólicas do segundo grupo em determinadas condições ambientais. Portanto, a pontos de definição de potência individual para as turbinas eólicas do segundo grupo pode ser determinada com o uso das produções de potência máxima possível individuai e a razão R. tipicamente, como R, multiplicado pela individual produção de potência máxima possível respectiva.

[097] Em outras realizações, o algoritmo para determinar a pontos de definição de potência individual para o segundo grupo também pode considerar outros fatores, tais como. estado de carga individual das turbinas eólicas. Por exemplo, as turbinas eólicas do segundo grupo que tem um estado de carga mais alio podem ser restritas a uma fração inferior de sua possível potência máxima individual além dais outras. Consequentemente, a distribuição de carga pode se tornar mais uniforme durante operação [098] Antes de emitir os pontos de definição individuais, é verificado, tioicamente, se os pontes de definição de potência estão abaixo de um valor mínimo respectivo.

[099] Após isso. o método 1000 pode retornar ao bloco 1010. ou ao bloco 1100 para realizar um controle de ciclo fechado, conforme indicado pelas setas tracejadas O método 1000 também pode retornar ao bloco 1200 ou mesmo aos blocos 1100 e 1200. caso os blocos 1100. 1200 sejam realizados em paralelo. Alternativamente, o método 1000 pode ser terminado em um bloco 1600.

[0100] Um primeiro temporízador pode ser usado para retomar em pequenos intervalos de tempo de. tipicamente, alguns segundos ou até menos que um segundo ao bloco 1100 e/ou bloco 1200.

[01011 Tipicamente, um segundo temporízador é usado para retornar regularmente, por exemplo uma vez por hora ac b;oco 1010. Consequentemente, a seleção das turbinas eólicas para o segundo grupo (realocar) é realizada em intervalos de tempo regulares. Isso pode ser feito em canfomnidade com um estado de manutenção das turbinas eófícas. um estado de carga das turbinas eólicas uma condição de vento das turbinas eólicas, um estado de erro das turbinas eólicas e/ou a tempo de operação de restnção das turbinas eólicas.

[0102] Mais adicionatmente. o método 1000 pode retorna·- ao bloco 1010. caso uma mensagem de erro ou uma exceção seja levantada por uma turbina eólica do segundo grupo que pode exigir uma reaiocação da turbina eólica, por exemplo, devido a uma falha e a um encerramento exigido dessa turbina eólica.

[0103] No caso de receber uma solicitação de restrição para todo o parque eólico o método 1000 è terminado tipicamente Aoós alocar subsecuentemente todas as turbinas eólicas do parque eólico no segundo grupo, um método semelhante pode ser inserido no qual as etapas des blocos 1200 a 1500 são realizadas, tipicamente, também de uma maneira em ciclo fechado.

[0104] Caso a solicitação de restrição para todo o parque eólico seja substituída ou cancelada, o método 1000 pode ser remserido.

[0105] Realizações exemplificativas de sistemas e métodos para operar coordenadamente o parque eólico, em conformidade com uma solicitação de reserva de ooténca são descritos acima em detalhe Devido a uma estimativa aprimorada da saída de potência máxima possível do parque eólico, a produção de energia geral do parque eólico pode ser aumentada e/ou o custo de manutenção doe ser reduzido em comparação a outros esquemas de esquemas de operação de reserva de potência.

[0106] Os sistemas e métodos não se limitam às realizações descritas no presente documento, porém, em vez disso, componentes dos sistemas e/ou das etapas dos métodos podem ser utilizadas independente e separadamente de outros componentes e/ou etapas descritos no presente documento.

[0107] Embora recursos específicos de várias realizações da invenção possam ser mostrados em alguns desenhos e não em outros, isso é para conveniência apenas. Em conformidade com os princípios da invenção, qualquer recurso de um desenho pode ser referenciado e/ou reivindicado em combmação com qualquer recurso de qualquer outro desenho.

[0108] Esta descrição escrita usa exemplos para revelar a invenção, incluindo o melhor modo, e também para possibilitar que qualquer pessoa versada na técnica pratique a invenção, incluindo produzir e usar os dispositivos ou sistemas e realizar quaisquer métodos incorporados. Embora várias realizações específicas tenham sido reveladas no supracitado, os versados na técnica irão reconhecer que o espírito e o escopo das reiv ndicações permitem modificações igualmente eficazes. Especiaimente recursos mutuamente não exclusivos das realizações descritas acima podem ser combinados. O escopo pateníeávet da invenção é definido pelas reiv-ndicações e oode incluir outros exemplos que ocorram aos versados na técnica Tais outros exemplos destinam-se a estar dentro do escopo das reivindicações, caso tenham elementos estruturais que não sejam diferentes da linguagem literal das reivindicações, ou caso incluam elementos estruturais equivalentes com diferenças não substanciais em relação â linguagem literal das reivindicações.

Claims (15)

1. MÉTODO PARA CONTROLAR UM PARQUE EÓLICO, caracterizado pelo fato de que o método compreende. dividir o parque eólico em um primeiro grupo de turbinas eólicas a ser operado em um modo não restrito e um segundo grupo de turbinas eólicas a ser operado em um modo restrito para fornecer uma reserva de potência para o parque eólico; determinar uma produção de potência real do primeiro grupo de turbinas eólicas; estimar uma produção de potência máxima possível do segundo grupo de turbinas eólicas em uma determinada condição ambiental; estimar uma saída de potência máxima possível do parque eolico com o uso da produção de potência real do primeiro grupo de turbinas eólicas e da produção de potência máxima possível do segundo grupo de turbinas eólicas; estimar a reserva de potência com o uso da saída de potência máxima possível; e atualizar um ponto de definição de potência para pelo menos uma turbina eólica do segundo grupo de turbinas eólicas de modo que uma produção de potência esperada do segundo grupo de turbinas eólicas seja compatível substancialmente com uma diferença entre a produção de potência máxima possível e a reserva de potência

2. MÉTODO de acordo com a reivindicação 1. caracterizado pelo fato de que dividir o parque eólico compreende pelo menos um dentre: receber uma solicitação de reserva de potência; determinar um número de turbinas eólicas para o segundo grupo de turbinas eólicas para fornecer a reserva de potência em conformidade com a solicitação de reserva de potência: e selecionar as turbinas eólicas para o segundo grupo.

3. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 2. caracterizado peto fato de que a seleção das turbinas eólicas e realizada em intervalos de tempo regulares.

4. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 2. caracterizado pelo fato de que a seleção das turbinas eólicas é realizada em conformidade com um estado de manutenção das turbinas eólicas, um estado de cama das turbinas eólicas, uma condição de vento das turbinas eólicas, um estado de erro das turbinas eólicas e/ou um tempo de operação de restrição das turbinas eólicas.

5. MÉTODO de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que determinar a produção de potência real do primeiro grupo de turbinas eólicas compreende pelo menos um dentre: medir um valor da produção de potência real para cada uma das turbinas eólicas do primeiro grupo de turbinas eólicas; determinar uma soma dos valores da produção de potência real e filtrar a soma.

6. MÉTODO de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que estimar a produção de potência máxima possível do segundo grupo de turbinas eólicas compreende peto menos um dentre: determinar uma condição de vento pelo menos para a pele menes uma turbina eólica do segundo grupo de turbinas eoiicas: e calcular uma produção de potência máxima possível da pelo menos uma turbina eólica do segundo grupo de turbinas eólicas na condição de vento.

7. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1. caracterizado pelo fato de que estimar a saída de potência máxima possível do parque eólico compreende pelo menos um dentre determinar uma soma da produção de potência reaf do primeiro grupo de turbinas eólicas e a produção de potência máxima possível para o segundo grupo de turbinas eólicas: determinar perdas esperadas do parque eólico; e subtrair as perdas esperadas do parque eólico da soma

8. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1. caracterizado pelo fato de que estimar a reserva de potência compreende pelo menos um dentre; calcular a reserva de potência com o uso de uma solicitação de reserva de potência e da produção de potência máxima possível do parcue eólico.

9. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1. caracterizado pelo fato de que a produção de potência rea! do primeiro grupo de turbinas eólicas é determinada como uma estimativa após receber uma solicitação de restrição para o parque eólico.

10. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1 caracterizado pelo fato de que atualizar o ponto de definição de potência compreende pelo menos um dentre* determinar um ponto de definição de potência peto menos pa?a a pelo menos uma turbina eólica do segundo grupo de modo que uma produção de potência esperada do segundo grupo de turbinas eólicas seja compatível substanctalmente com uma diferença entre a saída de potência máxima possível e a reserva de potência, e emitir o ponto de definição de potência para a pelo menos uma turbina eólica.

11. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado peio fato de que determinar o ponto de definição de potência compreende pelo menos um dentre: subtrair a reserva de potência da produção de potência possível esperada para determinar uma produção de potência desejada do segundo grupo, determinar um ponto de definição de potência de grupo para o segundo grupo de turbinas eólicas, em conformidade com a produção de potência desejada; dividir o ponto de definição de potência de grupo em pontos de definição individuais: e calcular o ponto de definição de potência em conformidade com a produção de potência desejada

12. MÉTODO de acordo com a reivindicação 11 caracterizado pelo fato de que compreende adícionalmente verificar se o ponto de definição de potência está abaixo de um valor minimo.

13. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que peio menos uma parte do método é realizada como um controle de ciclo fechado

14. MÉTODO PARA OPERAR UM PARQUE EOLICO EM CONFORMIDADE COM UMA SOLICITAÇÃO DE RESERVA DE POTÊNCIA, caracterizado pelo fato de que o método compreende; dividir o parque eólico em um primeiro grupo de turbinas eólicas a ser operado em um modo não restrito e um segundo grupo de turbinas eólicas a ser operado em um modo restrito: determinar uma produção de potência reaf do primeiro grupo de turbinas eólicas; determinar uma conc-çâo ce vento para c segundo grupo de turbinas eólicas; determinar uma produção de potência máxima esperada para o segundo grupo de turbinas eólicas na condição de vento' determinar uma saída de potência possível do parque eólico com o uso da produção de potência real e da produção de potência máxima esperada; determinar um ponto de definição de potência para pelo menos uma turbina eólica do segundo grupo com o uso da saída de potência possível, da solicitação de reserva de potência e da produção de potência máxima esperada; e operar a pelo menos uma turbina eólica, em conformidade com o ponto de definição de potência,

15, MÉTODO, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que compreende determinar adicionalmente uma produção de potência possível do parque eólico como uma soma da produção de potência real do primeiro grupo de turbinas eólicas e a produção de potência possível para o segundo grupo de turbinas eólicas, sendo que compreende adicionalmente subtrair perdas esperadas do parque eólico da soma para determinar a sa*da de potência possível do parque eólico