BR102016002024B1 - Método para controlar um sistema de energia renovável, sistema de controle para controlar um sistema de energia renovável e parque eólico - Google Patents
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Abstract
MÉTODO PARA CONTROLAR UM SISTEMA DE ENERGIA RENOVÁVEL, SISTEMA DE CONTROLE PARA CONTROLAR UM SISTEMA DE ENERGIA RENOVÁVEL E PARQUE EÓLICO Trata-se de sistemas e métodos para controlar um sistema de energia renovável com base em capacidade de potência reativa real do sistema de energia renovável. A saída de potência reativa do sistema de energia renovável pode ser controlada com base, pelo menos parcialmente, em um limite de potência reativa inicial. O limite de potência reativa inicial pode ser determinado com base na potência reativa nominal para as unidades de geração de potência no sistema de energia renovável. Quando uma diferença entre uma demanda de potência reativa e a produção de potência reativa real do sistema de energia renovável diminui além de um limiar, o limite de potência reativa inicial pode ser ajustado para um limite de potência reativa corrigido que está mais próximo à capacidade de potência reativa real do sistema de energia renovável.
Description
[001] A presente matéria refere-se, em geral, a fontes de energia renovável e, mais particularmente, a sistemas e a métodos para determinar capacidade de potência reativa de sistemas de energia renovável, por exemplo, parques eólicos e parques solares.
[002] Os sistemas de energia renovável, por exemplo, sistemas de turbina eólica, sistemas de potência solar, sistemas de armazenamento de energia, etc., têm sido cada vez mais usados para geração de potência ao redor do mundo. Os sistemas de energia renovável podem incluir uma planta ou um parque que tem uma pluralidade de unidades de geração de potência (por exemplo, turbinas eólicas) que são acopladas coletivamente a uma rede elétrica em ponto de interconexão. O sistema de energia renovável pode incluir um sistema de controle que tem controlador(es) de nível de parque e controlador(es) de nível de unidade para regular a saída de potência reativa e real do sistema de energia renovável.
[003] Pode ser exigido que um parque de energia renovável cumpra com uma capacidade de potência reativa no ponto de interconexão para fornecer um fator de potência desejado (por exemplo, com base em uma definição de fator de potência). Em alguns casos, pode ser exigido que os sistemas de energia renovável tenham a capacidade para fornecer uma capacidade de potência reativa nominal em uma faixa de tensão de ± 10% de tensão nominal no ponto de interconexão. A fim de cumprir essa exigência, um transformador de comutação de derivação em carga pode ser exigido. A inclusão de transformador de comutação de derivação em carga em cada unidade de geração de potência (por exemplo, em cada turbina eólica) pode ser dispendioso. Como uma alternativa, a capacidade de potência reativa pode ser fornecida ajustando-se uma produção de potência ativa do parque de energia renovável em determinados níveis de tensão (por exemplo, níveis de tensão fora da faixa de ± 5% de tensão nominal). No entanto, isso pode exigir conhecimento dos reais limites de potência reativa do parque de energia renovável.
[004] O limite de potência reativa de um parque de energia renovável é determinado, tipicamente, agregando-se os limites de potência reativa de unidades de geração de potência individuais no parque. O limite de potência reativa de uma unidade de geração de potência individual é definido, tipicamente, como potência reativa nominal para a unidade e não muda com base no comportamento de sistema. Em situações em que as unidades de geração de potência individuais são fixadas a limites de tensão, as unidades de geração de potência individuais podem não fornecer potência reativa nominal, assim, a potência reativa nominal não é uma boa estimativa do real limite de potência reativa da unidade de geração de potência.
[005] Desse modo, há uma necessidade para determinar reais limites de potência reativa de um parque de energia renovável sob várias condições de sistema. Em particular, seria útil um sistema e método que podem reduzir a produção de potência ativa com base na capacidade de potência reativa real a fim de satisfazer uma exigência de fator de potência.
[006] Os aspectos e vantagens de realizações da presente invenção serão apresentados parcialmente na descrição a seguir, ou podem ser aprendidos a partir da descrição, ou podem ser aprendidos através da prática das realizações.
[007] Um aspecto exemplificativo da presente revelação se refere a um método para controlar um sistema de energia renovável, por exemplo, um parque eólico, parque solar ou outro sistema de energia renovável. O método inclui controlar, através de um ou mais dispositivos de controle, uma saída de potência reativa para um sistema de energia renovável com base, pelo menos parcialmente, em um limite de potência reativa inicial para o sistema de energia renovável; O método inclui adicionalmente determinar, através dos um ou mais dispositivos de controle, uma diferença entre uma demanda de potência reativa e uma produção de potência reativa real para o sistema de energia renovável; Quando a diferença diminui além de um limiar, o método inclui determinar, através dos um ou mais dispositivos de controle, um fator de correção para o limite de potência reativa inicial e ajustar, através dos um ou mais dispositivos de controle, o limite de potência reativa inicial para um limite de potência reativa corrigido com base, pelo menos parcialmente, no fator de correção. O método inclui adicionalmente controlar, através dos um ou mais dispositivos de controle, a saída de potência reativa para o sistema de energia renovável com base, pelo menos parcialmente, no limite de potência reativa corrigido.
[008] Outro aspecto exemplificativo da presente revelação se refere a um sistema de controle para controlar um sistema de energia renovável. O sistema de controle inclui um regulador de tensão implantado por um ou mais dispositivos de controle. O regulador de tensão é configurado para fornecer um comando de potência reativa com base, pelo menos parcialmente, em um sinal de erro de tensão. O sistema de controle pode incluir adicionalmente um limitador implantado através dos um ou mais dispositivos de controle. O limitador é configurado para limitar o comando de potência reativa com base, pelo menos parcialmente, em um limite de potência reativa inicial para o sistema de energia renovável. O sistema de controle inclui adicionalmente um módulo de correção de limite de potência reativa implantado através dos um ou mais dispositivos de controle. O módulo de correção de limite de potência reativa é configurado para ajustar o limite de potência reativa inicial para um limite de potência reativa corrigido quando uma diferença entre o comando de potência reativa para o sistema de energia renovável e uma produção de potência reativa real para o sistema de energia renovável diminui além de um limiar; O limite de potência reativa corrigido corrige o limite de potência reativa inicial para a capacidade de potência reativa real do sistema de energia renovável.
[009] Ainda outro aspecto exemplificativo da presente revelação se refere a um parque eólico. O parque eólico inclui uma pluralidade de turbinas eólicas e uma pluralidade de controladores de turbina eólica. Cada controlador de turbina eólica é associado a pelo menos uma dentre a pluralidade de turbinas eólicas. O parque eólico inclui adicionalmente um controlador de parque eólico. O controlador de parque eólico está em comunicação cada um dentre os controladores de turbina eólica. O controlador de parque eólico é configurado para ajustar um limite de potência reativa inicial para um limite de potência reativa corrigido com base, pelo menos parcialmente, em uma diferença entre a demanda de potência reativa para o parque eólico e uma produção de potência reativa real para o parque eólico. O controlador de parque eólico é configurado adicionalmente para controlar a saída de potência reativa do parque eólico com base no limite de potência reativa corrigido. O limite de potência reativa inicial é determinado agregando- se uma potência reativa nominal para cada uma dentre a pluralidade de turbinas eólicas no parque eólico, e o limite de potência reativa corrigido ajusta o limite de potência reativa inicial para a capacidade de potência reativa real do parque eólico.
[010] Variações e modificações podem ser feitas a esses aspectos exemplificativos da presente revelação.
[011] Essas e outras funções, aspectos e vantagens das várias modalidades se tornarão mais bem compreendidas com referência à descrição a seguir e às reivindicações anexas. Os desenhos anexos, que são incorporados ao presente relatório descritivo e constituem parte do mesmo, ilustram realizações da presente revelação e, junto à descrição, servem para explicar os princípios relacionados.
[012] A discussão detalhada das realizações direcionadas para pessoas de habilidade comum na técnica é apresentada no relatório descritivo, que faz referência às Figuras anexas, nas quais: A Figura 1 retrata uma turbina eólica exemplificativa que pode ser controlada de acordo com os aspectos exemplificativos da presente revelação; A Figura 2 retrata um controlador exemplificativo de acordo com os aspectos exemplificativos da presente revelação; A Figura 3 retrata um parque eólico exemplificativo de acordo com os aspectos exemplificativos da presente revelação; A Figura 4 retrata uma topologia de controle exemplificativa para um parque eólico de acordo com os aspectos exemplificativos da presente revelação; A Figura 5 retrata uma topologia de controle exemplificativa para determinar um limite de potência reativa máximo corrigido de acordo com os aspectos exemplificativos da presente revelação; A Figura 6 retrata uma topologia de controle exemplificativa para determinar um limite de potência reativa mínimo corrigido de acordo com os aspectos exemplificativos da presente revelação; A Figura 7 retrata uma representação gráfica de um comportamento exemplificativo de um sistema de controle de acordo com os aspectos exemplificativos da presente revelação; e A Figura 8 retrata um fluxograma de um método exemplificativo para controlar um parque eólico, de acordo com os aspectos exemplificativos da presente revelação.
[013] Agora, as referências serão feitas detalhadamente às realizações da invenção da qual um ou mais exemplos são ilustrados nos desenhos. Cada exemplo é fornecido a título de explicação da invenção, não como limitação da invenção. De fato, ficará evidente para pessoas versadas na técnica que várias modificações e variações podem ser feitas na presente invenção sem se afastar do escopo e do espírito da invenção. Por exemplo, as funções ilustradas ou descritas como parte de uma realização podem ser usadas com outra realização para gerar ainda outra realização. Portanto, a presente invenção é destinada a abranger tais modificações e variações, conforme incluídas no escopo das reivindicações anexas e seus equivalentes.
[014] Os aspectos exemplificativos da presente revelação se referem a sistemas e a métodos para determinar a capacidade de potência reativa para sistemas de energia renovável a fim de fornecer limites de potência reativa corrigidos no controle da saída de potência reativa. Um sistema de energia renovável pode incluir um sistema de controle de nível de parque ou de nível de planta para regular tensão, potência reativa e/ou fator de potência no nível de sistema de energia renovável. Por exemplo, o sistema de controle de nível de parque pode incluir um regulador de tensão de ciclo interno com um regulador de potência reativa/fator de potência de ciclo externo. O regulador de tensão pode computar comandos de potência reativa com base, pelo menos parcialmente, nos limites de potência reativa do sistema de energia renovável. Então, os comandos de potência reativa podem ser distribuídos às unidades de geração de potência individuais (por exemplo, com o uso de um algoritmo de distribuição proporcional).
[015] Nas unidades de geração de potência individuais, um controlador(es) pode(m) incluir um regulador de tensão de ciclo interno que pode determinar, por exemplo, comandos para controlar a unidade de geração de potência individual. A entrada ao regulador de tensão pode incluir um regulador de potência reativa que regula a potência reativa da unidade de geração de potência com base no comando de potência reativa distribuído à unidade de geração de potência individual. O regulador de potência reativa pode fornecer uma referência de tensão ao regulador de tensão de ciclo interno. A referência pode ser fixada aos limites de tensão da unidade de geração de potência (por exemplo, ±10% de tensão nominal da unidade de geração de potência).
[016] O(s) controlador(es) associado(s) às unidades de geração de potência individuais pode(m) fornecer dados de resposta ao sistema de controle de nível de parque. A resposta pode incluir sinais que indicam a real saída de potência reativa pela unidade de geração de potência individual, limite de potência reativa mínimo para a unidade de geração de potência e limite de potência máximo para a unidade de geração de potência. Esses sinais de resposta podem ser agregados para gerar um sinal de agregação a nível do parque ou planta para uma real saída de potência reativa, limite de potência reativa mínimo e limite de potência reativa máximo. O limite de potência reativa máximo agregado e o limite de potência reativa mínimo podem ser usados para fixar os comandos de potência reativa gerados pelo sistema de controle de nível de parque.
[017] De acordo com os aspectos exemplificativos da presente revelação, um limite de potência reativa determinado para o sistema de energia renovável pode ser ajustado a partir de um limite de potência reativa inicial (por exemplo, determinado com base na potência reativa nominal) a fim de refletir a capacidade de potência reativa real do sistema de energia renovável com base em atuais condições de operação. Mais particularmente, caso uma diferença entre uma demanda de potência reativa e a produção de potência reativa real exceda um limiar (por exemplo, maior que 5% de potência reativa nominal), o sistema de controle pode ajustar os limites de potência reativa para a produção de potência reativa real do sistema de energia renovável. Desse modo, o sistema de energia renovável pode ser controlado em conformidade com os limites de potência reativa corrigidos, por exemplo, fixando-se o comando de potência reativa mais próximo, de modo que esteja mais próximo ao alcance da capacidade de potência reativa real do sistema de energia renovável.
[018] Os limites de potência reativa corrigidos podem ser ajustados dinamicamente durante a operação com base na magnitude da diferença entre a demanda de potência reativa e na produção de potência reativa real. Uma vez que a diferença entre o comando de potência reativa e a produção de potência reativa real retorna para dentro de um limiar e/ou a tensão do sistema de energia renovável pode seguir uma referência de tensão gerada a partir do regulador de potência reativa no sistema de controle de nível de parque, os limites de potência reativa podem ser ajustados de modo a retornarem aos valores iniciais dos mesmos.
[019] O ajuste dos limites de potência reativa, de acordo com os aspectos exemplificativos da presente revelação, pode permitir o controle aprimorado do sistema de energia renovável de modo a satisfazer as demandas de potência reativa. Por exemplo, um sistema de energia renovável pode ser controlado com base, pelo menos parcialmente, nos limites de potência reativa corrigidos para fornecer uma capacidade de potência reativa nominal em uma faixa de tensão de ± 10% de tensão nominal no ponto de interconexão. Mais particularmente, os limites de potência reativa corrigidos podem ser usados para reduzir a produção de potência ativa do sistema de energia renovável em determinados níveis de tensão (por exemplo, níveis de tensão fora da faixa de ± 5% de tensão) a fim de satisfazer uma demanda de fator de potência. Dessa maneira, a potência reativa nominal pode ser fornecida sob várias condições de rede elétrica sem exigir, por exemplo, um transformador de comutação de derivação em carga.
[020] Agora, em referência aos desenhos, realizações exemplificativas da presente revelação serão discutidas detalhadamente. Os aspectos da presente revelação serão discutidos com referência a sistemas eólicos de energia renovável for para propósitos de ilustração e discussão. As pessoas de habilidade comum técnica, que usam as revelações fornecidas no presente documento, irão entender que os aspectos exemplificativos da presente revelação podem ser implantados em outros sistemas de geração de potência, por exemplo, parques solares, sistemas de armazenamento de energia, etc.
[021] A Figura 1 ilustra uma vista em perspectiva de uma realização de uma modalidade de uma turbina eólica 10. Conforme mostrado, uma turbina eólica 10 geralmente inclui uma torre 12, a qual se estende a partir uma superfície de sustentação 15, uma nacela 16 montada na torre 12, e um rotor 18 acoplado à nacela 16. O rotor 18 inclui um cubo rotatório 20 e pelo menos uma lâmina de rotor 22 acoplada a e que se estende para fora a partir do cubo 20. Por exemplo, na realização ilustrada, o rotor 18 inclui três lâminas de rotor 22. No entanto, em uma realização alternativa, o rotor 18 pode incluir mais ou menos que três lâminas de rotor 22. Cada lâmina de rotor 22 pode estar espaçada em torno redor do cubo central 20 para facilitar a rotação do rotor 18 para possibilitar que a energia cinética seja transferida do vento em energia mecânica útil e, subsequentemente, em energia elétrica. Por exemplo, o cubo central 20 pode ser acoplado de maneira giratória a um gerador elétrico (não mostrado) posicionado dentro da nacela 16 para permitir que a energia elétrica seja produzida.
[022] A turbina eólica 10 pode também incluir um controlador de turbina eólica 26 centralizado dentro da nacela 16. No entanto, em outras realizações, o controlador 26 pode estar localizado dentro de qualquer componente da turbina eólica 10 ou em uma localização fora da turbina eólica. Além disso, o controlador 26 pode ser comunicativamente acoplado a qualquer quantidade dos componentes da turbina eólica 10 a fim de controlar a operação de tais componentes e/ou para implantar uma ação de controle. Desse modo, o controlador 26 pode incluir um computador ou outra unidade de processamento adequada. Portanto, em várias realizações, o controlador 26 pode incluir instruções adequadas legíveis por computador que, quando implantadas, configuram o controlador 26 de modo a executar várias funções diferentes, como receber, transmitir e/ou executar sinais de controle de turbina eólica.
[023] Agora, em referência à Figura 2, um diagrama de blocos de uma realização de componentes adequados que podem ser incluídos dentro do controlador 26 é ilustrado em conformidade com aspectos da presente revelação. Conforme mostrado, o controlador 26 pode incluir um ou mais processadores 58 e dispositivo(s) de memória associado(s) 60 configurados para executar uma variedade de funções implantadas por computador (por exemplo, execução de métodos, etapas, cálculos e similares descritos neste ato). Conforme usado no presente documento, o termo “processador” não se refere apenas a circuitos integrados indicados na técnica como sendo incluídos em um computador, porém também se refere a um a controlador, a um microcontrolador, a um microcomputador, a um controlador lógico programável (PLC), um circuito integrado de aplicação específico, processadores de aplicação específica, processadores de sinal digital (DSPs), Circuitos de Integrados de Aplicação Específica (ASICs), Matrizes de Porta Programáveis em Campo (FPGAs), e/ou quaisquer circuitos programáveis. Além disso, o(s) dispositivo(s) de memória 60 pode incluir, em geral, elemento(s) de memória que incluem, porém sem limitação, mídia legível por computador (por exemplo, memória de acesso aleatório (RAM)), mídia não volátil legível por computador (por exemplo, uma memória flash), uma ou mais unidades de disco rígido, um disquete, um disco compacto com memória somente de leitura (CD-ROM), unidades de disco compacto de leitura/gravação (CD-R/W), um disco magneto- óptico (MOD), um disco versátil digital (DVD), unidades flash, unidades ópticas, dispositivos de armazenamento em estado sólido, e/ou outros elementos de memória adequados.
[024] Adicionalmente, o controlador 26 pode também incluir um módulo de comunicação 62 para facilitar as comunicações entre o controlador 26 e os vários componentes da turbina eólica 10. Por exemplo, o módulo de comunicações 62 pode incluir uma interface de sensor 64 (por exemplo, um ou mais conversores analógicos em digital) para permitir que os sinais transmitidos por um ou mais sensores 65, 66, 67 sejam convertidos em sinais que possam ser entendidos e processados pelo controlador 26. Adicionalmente, deve ser observado que os sensores 65, 66 e 67 podem ser comunicativamente acoplados ao módulo de comunicação 62 com uso de quaisquer meios adequados. Por exemplo, conforme mostrado na Figura 2, os sensores 65, 66, 67 são acoplados à interface de sensor 64 por meio de uma conexão cabeada. No entanto, em realizações alternativas, os sensores 65, 66, 67 podem ser acoplados à interface de sensor 64 através de uma conexão sem fio, tal qual qualquer protocolo de comunicações sem fio adequado conhecido na técnica. Por exemplo, o módulo de comunicações 62 pode incluir a Internet, uma rede local (LAN), redes locais sem fio (WLAN), redes de longa distância (WAN), por exemplo, redes de Inoperabilidade Mundial Para Acesso Por Microondas (WiMax), redes de satélite, redes de celular, redes de sensor, redes ad- hoc, e/ou redes de curto alcance. Assim, o processador 58 pode ser configurado para receber um ou mais sinais dos sensores 65, 66, 67.
[025] Os sensores 65, 66, 67 podem ser quaisquer sensors adequados configurados para medir quaisquer pontos de dados operacionais da turbina eólica 10 e/ou parâmetros do vento do parque eólico. Além disso, deve ser entendido que outro número ou tipo de sensores pode ser empregado e em qualquer localização. Por exemplo, os sensores podem ser acelerômetros, sensores de pressão, extensômetros, sensores de ângulo de ataque, sensores de vibração, sensores de MIMU, sistemas de câmera,sistemas de fibra óptica, anemômetros, cata-ventos, sensores de Detecção e Alcance Sônico (SODAR), infralasers, sensores de Detecção e Determinação de Distância de Luz (LIDAR), radiômetros, tubos piloto, radiossondas, outros sensores ópticos e/ou quaisquer sensores adequados. Deve ser verificado que, assim conforme usado neste ato, o termo "monitor" e variações desse indicam que os vários sensores da turbina eólica 10 podem ser configurados para fornecer uma medição direta dos parâmetros sendo monitorados ou uma medição indireta de tais parâmetros. Assim, os sensores 65, 66, 67 podem, por exemplo, ser usados para gerar sinais relacionados aos parâmetros sendo monitorados, os quais podem ser utilizados pelo controlador 26 para determinar a real condição.
[026] Agora, em referência à Figura 3, um parque eólico 200 que é controlado de acordo com os aspectos exemplificativos da presente revelação é ilustrado. Conforme mostrado, o parque eólico 200 pode incluir uma pluralidade de turbinas eólicas 202, incluindo a turbina eólica 10 descrita acima, e um controlador de parque 222. Por exemplo, conforme mostrado na realização ilustrada, o parque eólico 200 inclui doze turbinas eólicas, incluindo turbina eólica 10. No entanto, em outras realizações, o parque eólico 200 pode incluir qualquer outro número de turbinas eólicas, por exemplo, menos que doze turbinas eólicas ou mais que doze turbinas eólicas. Em uma realização, o controlador 26 da turbina eólica 10 pode ser acoplado comunicativamente ao controlador de parque 222 através de uma conexão cabeada, por exemplo, conectando-se o controlador 26 através dos enlaces comunicativos adequados 226 (por exemplo, um cabo adequado). Alternativamente, o controlador 26 pode ser acoplado comunicativamente ao controlador de parque 222 através de uma conexão cabeada, por exemplo, com o uso de qualquer protocolo de comunicações sem fio adequado conhecidos na técnica. Além disso, o controlador de parque 222 pode ser configurado, em geral, de modo semelhante aos controladores 26 para cada uma dentre as turbinas eólicas individuais 202 dentro do parque eólico 200.
[027] A Figura 4 retrata uma topologia de controle exemplificativa para controlar um parque eólico de acordo com realizações exemplificativas da presente revelação. A topologia de controle pode ser implantada com o uso de um ou mais dispositivos de controle, por exemplo, o controlador de parque 222 e vários controladores individuais 26 associados às turbinas eólicas individuais no parque 200 mostrado na Figura 3.
[028] Conforme mostrado na Figura 4, os um ou mais dispositivos de controle podem implantar um regulador de tensão de ciclo interno 310 para o parque eólico e um regulador de fator de potência/potência reativa de ciclo externo 320 para o parque eólico. O regulador de tensão 310 pode receber um comando VREF determinado a partir de um ponto de definição de tensão e/ou uma saída 322 do regulador de potência reativa 320.
[029] O regulador de potência reativa 320 pode gerar uma saída 322 com base em um erro entre um comando QREF fixo e um sinal QACT que indica a real saída de potência reativa do parque eólico. O comando QREF pode ser fixo com base em um limite de potência reativa superior 324 para o parque eólico e um limite de potência reativa inferior para o parque eólico 326. O comando QREF pode ser determinado a partir de um ponto de definição de potência reativa (VAR) e/ou um ponto de definição de fator de potência. Por exemplo, o comando QREF pode ser determinado como um tan (pf) *P em que pf é o ponto de definição de fator de potência e P é a saída de potência medida Pmeas do parque eólico.
[030] O regulador de tensão 310 pode receber VREF apos ter sido fixo por um máximo de tensão 312 para o parque eólico e um mínimo de tensão 324 para o parque eólico. O regulador de tensão 310 gera um comando de potência reativa 315 com base no sinal VREF indicativo. O comando de potência reativa 315 pode ser fixo por um limitador com base em um limite de potência reativa máximo 330 e em um limite de potência reativa mínimo 340 para gerar um comando de potência reativa fixo QCMD. Conforme será discutido mais detalhadamente abaixo, o limite de potência reativa máximo 330 e o limite de potência reativa mínimo 340 pode ser ajustado a partir de um valor inicial (por exemplo, determinado com base em potência reativa nominal) a um valor corrigido que reflete, de maneira mais precisa, a capacidade de potência de parque eólico reativa em várias circunstâncias operacionais.
[031] O comando de potência reativa QREF fixo pode ser distribuído ao(s) controlador(es) associados às turbinas eólicas individuais, de acordo com um algoritmo de distribuição proporcional 350. Por exemplo, o comando de potência reativa fixo QREF pode ser distribuído ao(s) controlador(es) 360.1, 360.2 . . . 360.n associados aos controladores de turbina eólica individual. Conforme mostrado, o comando de potência reativa para cada turbina eólica pode ser fixo com base em um limite de potência reativa máximo 362 para a turbina eólica e em um limite de potência reativa mínimo 364 para a turbina eólica. O limite de potência reativa máximo 362 e o limite de potência reativa mínimo 364 pode ser determinado com base na potência reativa nominal para a turbina eólica. O comando de potência reativa fixo para a turbina eólica pode ser comparado a um sinal indicativo de produção de potência reativa real 365 para a turbina eólica a fim de gerar um sinal de erro. O sinal de erro pode ser fornecido a um regulador de potência reativa que pode gerar um comando de tensão com base no sinal de erro. O comando de tensão pode ser comparado a um sinal 367 indicativo de tensão real na turbina eólica para gerar um sinal de erro para um regulador 368 que gera um comando de corrente imaginária para a turbina.
[032] Conforme mostrado na Figura 4, o(s) controlador(es) 360.1, 360.2, . . . 360.n podem fornecer vários sinais de resposta para uso através do sistema de controle. Por exemplo, um sinal indicativo de limite de potência reativa máximo 362, de limite de potência reativa mínimo 364 e de produção de potência reativa real 365, para cada uma dentre as turbinas eólicas pode ser fornecido pelo(s) controlador(es) 360.1, 360.2, . . . 360.n Os sinais 365 indicativos de produção de potência reativa real podem ser agregados em 370 para gerar um sinal 325 indicativo de real produção de potência para o parque eólico. Os sinais 362 indicativos de limite de potência reativa máximo para cada turbina eólica podem ser agregados em 372 para gerar um sinal 330 indicativo do limite de potência reativa máximo para o parque eólico. Os sinais 364 indicativos de limite de potência reativa mínimo para cada turbina eólica podem ser agregados em 374 para gerar um sinal 340 indicativo do limite de potência reativa mínimo para o parque eólico.
[033] Conforme mostrado, os sinais 330 e 340 são usados para fixar a saída de comando de potência reativa 315 pelo regulador de tensão 310 para gerar um comando de potência reativa fixo QCMD. De acordo com os aspectos exemplificativos da presente revelação, os sinais 330 e 340 podem ser ajustados a partir de valores iniciais para valores corrigidos durante determinadas condições de operação. Por exemplo, caso uma diferença entre o comando de potência reativa e a produção de potência reativa real do parque diminua além de um limiar (por exemplo, mais ou menos que 5% de potência reativa nominal em relação à demanda de potência reativa), o limite de potência reativa máximo 330 e o limite de potência reativa mínimo 340 podem ser ajustados para a produção de potência reativa real do parque até que a diferença retorne para dentro do limiar.
[034] A Figura 5 retrata um esquema de controle para um módulo de correção de limite de potência reativa exemplificativo implantado por um ou mais dispositivos de controle para ajustar o limite de potência reativa máximo 330, de acordo com realizações exemplificativas da presente revelação. Conforme mostrado, um sinal de limiar 404 pode ser gerado com base em uma porcentagem de potência reativa nominal 402 para o parque eólico. No exemplo da Figura 5, o sinal de limiar 404 representa 5% de potência reativa nominal 402. Outras porcentagens adequadas de potência reativa nominal podem ser usadas sem se afastar do escopo da presente revelação. Em 406, uma diferença entre o comando de potência reativa QCMD, a produção de potência reativa real 325 e o sinal de limiar 402 pode ser determinada para gerar um sinal de diferença 408.
[035] Uma razão do sinal de diferença 408 para a potência reativa nominal 402 pode ser determinada em 410 e pode ser fornecida ao módulo de fator de correção 412. O módulo de fator de correção 412 pode determinar um fator de correção 430 para o limite de potência reativa máximo 330 com base na razão do sinal de diferença 408 para a potência reativa nominal 402. Por exemplo, em realizações particulares, quanto maior o sinal de diferença 408 em relação à potência reativa nominal 402, maior o fator de correção 430.
[036] O fator de correção 430 pode ser usado para ajustar o limite de potência reativa máximo 330 para a capacidade de potência reativa real do parque eólico. Por exemplo, o limite de potência reativa máximo 330, o fator de correção 430 e a produção de potência reativa real 325 podem ser fornecidos a um módulo de estimativa 335. O módulo de estimativa 335 pode ajustar o limite de potência reativa máximo 330 para a produção de potência reativa real 325 com base no fator de correção 430 para gerar um limite de potência reativa ajustado 330’. Por exemplo, à medida que o fator de correção 430 aumenta, o limite de potência reativa ajustado máximo 330’ pode ser ajustado mais próximo à produção de potência reativa real 325. À medida que o fator de correção 430 diminui, o limite de potência reativa ajustado máximo 330’ pode ser ajustado mais próximo ao limite de potência reativa máximo inicial 330.
[037] A Figura 6 retrata um esquema de controle para um módulo de correção de limite de potência reativa exemplificativo implantado por um ou mais dispositivos de controle para ajustar o limite de potência reativa mínimo 330, de acordo com realizações exemplificativas da presente revelação. Conforme mostrado, um sinal de limiar 402 pode ser gerado com base em uma porcentagem de potência reativa nominal 402 para o parque eólico. No exemplo da Figura 6, o sinal de limiar 402 representa 5% de potência reativa nominal 402. Em 406, uma diferença entre o comando de potência reativa QCMD, a produção de potência reativa real 325 e o sinal de limiar 402 pode ser determinada para gerar um sinal de diferença 408.
[038] Uma razão do sinal de diferença 408 para a potência reativa nominal 402 pode ser determinada em 410 e pode ser fornecida ao módulo de fator de correção 422. O módulo de fator de correção 422 pode determinar um fator de correção 430 para o limite de potência reativa mínimo 340 com base na razão do sinal de diferença 408 para a potência reativa nominal 402. Por exemplo, em realizações particulares, quanto maior o sinal de diferença 408 em relação à potência reativa nominal 402, maior o fator de correção 440.
[039] O fator de correção 440 pode ser usado para ajustar o limite de potência reativa mínimo 340 para a capacidade de potência reativa real do parque eólico. Por exemplo, o limite de potência reativa mínimo 340, o fator de correção 440 e a produção de potência reativa real 325 podem ser fornecidos a um módulo de estimativa 345. O módulo de estimativa 345 pode ajustar o limite de potência reativa mínimo 340 para a produção de potência reativa real 325 com base no fator de correção 440 para gerar um limite de potência reativa ajustado 340’. Por exemplo, à medida que o fator de correção 440 aumenta, o limite de potência reativa ajustado máximo 340’ pode ser ajustado mais próximo à produção de potência reativa real 325. À medida que o fator de correção 440 diminui, o limite de potência reativa ajustado máximo 340’ pode ser ajustado mais próximo ao limite de potência reativa máximo inicial 330.
[040] Novamente em referência à Figura 4, o limite de potência reativa ajustado máximo 330’ e o limite de potência reativa ajustado mínimo 340’ podem ser usados por um limitador para fixar a saída 315 do regulador de tensão 310 a fim de gerar um comando de potência reativa QCMD que segue, de maneira mais próxima, a capacidade de potência reativa real do parque eólico.
[041] A Figura 7 retrata uma representação gráfica do comportamento exemplificativo de um sistema de controle com base em redução de capacidade de potência reativa real devido a uma fixação de tensão nas turbinas eólicas individuais. A Figura 7 plota o tempo ao longo do eixo geométrico horizontal e a magnitude de potência reativa e ao longo do eixo geométrico vertical. O sinal 500 representa a redução de capacidade de potência reativa real ao longo do tempo para um parque eólico devido a uma fixação de tensão nas turbinas eólicas individuais. Mais particularmente, no tempo t30, a capacidade de potência reativa real reduz para cerca de 7.000 kvar. O ponto de definição de potência para o parque QPONTO DE DEFINIÇÃO permanece em 8.000 kvar. Conforme mostrado, QCMD começa a aumentar de modo a tentar alcançar a produção de potência reativa específica pelo QPONTO DE DEFINIÇÃO. De acordo com os aspectos exemplificativos da presente revelação, o sistema de controle gera um fator de correção para reduzir o sinal 330 que indica o limite de potência reativa máximo a um limite de potência reativa ajustado máximo 330’ que representa a capacidade de potência reativa real do sistema. Conforme mostrado, o sinal 330’ segue, de maneira mais próxima, o sinal 500 que indica a capacidade de potência reativa real do sistema.
[042] No tempo t114, o ponto de definição QPONTO DE DEFINIÇÃO é reduzido a 5.000 kvar, ao passo que a real capacidade de potência reativa 500 está acima do ponto de definição em 7.000 kvar. Conforme mostrado, o regulador reduz o QCMD para seguir o ponto de definição. Isso faz com que a diferença entre o comando de potência reativa QCMD e a capacidade de potência reativa real 500 seja reduzida. Como resultado, o fator de correção para ajustar o limite de potência reativa máximo é reduzido de modo que o limite de potência reativa ajustado 330’ se retorne para o limite de potência reativa máximo inicial 300.
[043] A Figura 8 retrata um fluxograma de um método exemplificativo (600) para controlar um sistema de energia renovável, de acordo com os aspectos exemplificativos da presente revelação. O método (600) pode ser implantado por um ou mais dispositivos de controle, por exemplo, qualquer exemplo dos dispositivos de controle apresentados na presente revelação. Adicionalmente, a Figura 8 retrata as etapas realizadas em uma ordem particular para propósitos de ilustração e discussão. As pessoas de habilidade comum técnica, que usam as revelações fornecidas no presente documento, irão entender que várias etapas de quaisquer um dentre os métodos revelados no presente documento podem ser modificadas, adaptadas, expandidas, omitidas e/ou reorganizadas de várias maneiras sem se afastar do escopo da presente revelação.
[044] Em (602), o método inclui controlar uma saída de potência reativa com base em um limite de potência reativa inicial. Por exemplo, conforme mostrado na Figura 4, uma saída de comando de potência reativa saída através de um regulador de tensão 310 pode ser limitada com base, pelo menos parcialmente, em um limite de potência reativa máximo inicial 330 e/ou em um limite de potência reativa mínimo inicial 340 para gerar o comando de potência reativa QCMD. O limite de potência reativa inicial pode ser determinado, por exemplo, com base, pelo menos parcialmente, na potência reativa nominal das unidades de geração de potência individuais. Por exemplo, o limite de potência reativa inicial pode ser determinado agregando-se uma potência reativa nominal para cada uma dentre uma pluralidade de unidades de geração de potência no sistema de energia renovável.
[045] Em (604), o método inclui determinar uma diferença entre uma demanda de potência reativa (por exemplo, conforme representado por um comando de potência reativa) e uma produção de potência reativa real para o sistema de energia renovável. Por exemplo, uma diferença entre o QCMD e o sinal 325 que indica uma produção de potência reativa real pode ser determinada.
[046] Em (606), a diferença pode ser comparada a um limiar. O limiar pode ser, por exemplo, 5% de potência reativa nominal para o sistema de energia renovável. Quando a diferença está dentro do limiar, o método continua a controlar a saída de potência reativa do sistema de energia renovável com base no limite de potência reativa inicial. Quando a diferença está fora do limiar, o método determina um fator de correção para o limite de potência reativa inicial (608). O fator de correção pode ser usado para ajustar o limite de potência reativa inicial para a produção de potência reativa real do sistema de energia renovável. Nas realizações, o fator de correção pode ser determinado com base na magnitude da diferença entre a demanda de potência reativa e a produção de potência reativa real do sistema de energia renovável.
[047] Em (610), os limites de potência reativa são ajustados com base no fator de correção. Por exemplo, os limites de potência reativa podem ser ajustados a um limite de potência reativa corrigido. O limite de potência reativa corrigido pode estar mais próximo à capacidade de potência reativa real do sistema de energia renovável. O fator de correção pode ser usado para gerar um limite de potência reativa máximo corrigido e/ou um limite de potência reativa mínimo corrigido
[048] Em (612), o método inclui controlar a saída de potência reativa com base, pelo menos parcialmente, no limite de potência reativa corrigido. Por exemplo, uma saída de comando de potência reativa saída através de um regulador de tensão 310 pode ser limitada com base, pelo menos parcialmente, no limite de potência reativa máximo inicial 330' e/ou no limite de potência reativa mínimo corrigido 340 para gerar o comando de potência reativa QCMD.
[049] Em (614), a diferença entre a demanda de potência reativa (conforme determinado com base nos limites de potência reativa corrigidos) e a produção de potência reativa real pode ser determinada. Em (616), pode ser determinado se a diferença está dentro de um limiar (por exemplo, 5% de potência reativa nominal para o sistema de energia renovável). Caso a diferença não esteja dentro do limiar, o método pode continuar a ajustar os limites de potência reativa iniciais com base em um fator de correção, conforme ilustrado na Figura 8. Caso a diferença tenha retornado para dentro do limiar, o método pode controlar a saída de potência reativa com base no limite de potência reativa inicial (602).
[050] Embora as funções específicas de várias realizações possam ser mostradas em alguns desenhos e não em outros, isso se dá somente por conveniência. De acordo com os princípios da revelação, qualquer função de um desenho pode ser indicada e/ou reivindicada em combinação com qualquer função de qualquer outro desenho.
[051] A presente descrição escrita usa exemplos para revelar a invenção, inclusive o melhor modo, e também para capacitar qualquer pessoa versada na técnica a praticar a invenção, inclusive a fazer e usar qualquer aparelho ou sistema, e a executar quaisquer métodos incorporados. O escopo patenteável da invenção é definido pelas reivindicações e pode incluir outros exemplos que ocorram para as pessoas versadas na técnica. Tais outros exemplos destinam-se a serem abrangidos pelo escopo das reivindicações caso incluam elementos estruturais que não difiram da linguagem literal das reivindicações ou caso incluam elementos estruturais equivalentes às diferenças não substanciais das linguagens literais das reivindicações. LISTA DE COMPONENTES 10 Turbina Eólica 12 Torre 14 Superfície de Suporte 16 Nacela 18 Rotor 20 Cubo [Giratório] 22 Pás de Rotor 26 Controlador 28 58 Processador 60 Dispositivo de memória 62 Módulo de Comunicações 64 Interface de Sensor 65 Sensor 66 Sensor 67 Sensor 200 Parque Eólico 202 Turbina Eólica 216 Parque Eólico 218 Parque Eólico 222 Controlador de Parque 226 Enlaces Comunicativos 310 Regulador de tensão 312 Máximo de Tensão 315 Comando de Potência Reativa 320 Regulador de Potência Reativa 322 Saída 24 Parque Eólico 325 Real Produção de Potência Reativa [Sinal] 326 Parque Eólico 330 Limite de Potência Reativa Máximo [Sinal] 330 Limite de Potência Reativa Máximo [Sinal] Ajustado 340 Limite de Potência Reativa Mínimo [Sinal] 340 Limite de Potência Reativa Mínimo [Sinal] Ajustado 345 Módulo de Estimação 350 Algoritmo de Distribuição Proporcional 360.1 Controlador 360.2 Controlador 360.n Controlador 362 Limite de Potência Reativa Máximo 364 Limite de Potência Reativa Mínimo 365 Real Produção de Potência Reativa 367 Sinal 368 Regulador 370 Nó 372 Nó 374 Nó 402 Potência Reativa Nominal 404 Sinal de Limiar 406 Diferença entre o comando de potência reativa, 325 e 402. 408 Sinal de Diferença 410 Razão do Sinal de Diferença 408 para a Potência Reativa Nominal 402 412 Módulo de Fator de Correção 422 Módulo de Fator de Correção 430 Fator de Correção 440 Fator de Correção 500 Sinal 600 Método 602 Etapa de Método 604 Etapa de Método 606 Etapa de Método 608 Etapa de Método 610 Etapa de Método 612 Etapa de Método 614 Etapa de Método 616 Etapa de Método
Claims (10)
1. MÉTODO (600) PARA CONTROLAR UM SISTEMA DE ENERGIA RENOVÁVEL (200), compreendendo: controlar (602), através de um ou mais dispositivos de controle (360), uma saída de potência reativa para um sistema de energia renovável (200) com base, pelo menos parcialmente, em um limite de potência reativa inicial para o sistema de energia renovável; determinar (604), através dos um ou mais dispositivos de controle, uma diferença entre uma demanda de potência reativa e uma produção de potência reativa real para o sistema de energia renovável (200); caracterizado por quando a diferença diminui além de um limiar, o método compreende: determinar (608), através dos um ou mais dispositivos de controle, um fator de correção para o limite de potência reativa inicial; ajustar (610), através dos um ou mais dispositivos de controle (360), o limite de potência reativa inicial para um limite de potência reativa corrigido com base, pelo menos parcialmente, no fator de correção; controlar (612), através dos um ou mais dispositivos de controle, a saída de potência reativa para o sistema de energia renovável (200) com base, pelo menos parcialmente, no limite de potência reativa corrigido; detectar, através dos um ou mais dispositivos de controle (360), a diferença que retorna para dentro do limiar; e em resposta à detecção da diferença que retorna para dentro do limiar, controlar, através dos um ou mais dispositivos de controle (360), a saída de potência reativa com base, pelo menos parcialmente, no limite de potência reativa inicial.
2. MÉTODO (600), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo limite de potência reativa inicial ser determinado agregando- se uma potência reativa nominal para cada uma dentre uma pluralidade de unidades de geração de potência (202) no sistema de energia renovável (200).
3. MÉTODO (600), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado pelo fator de correção resultar no ajuste do limite de potência reativa inicial para a capacidade de potência reativa real do sistema de energia renovável (200).
4. MÉTODO (600), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo limite de potência reativa inicial compreender um limite de potência reativa máximo inicial e um limite de potência reativa mínimo inicial.
5. MÉTODO (600), de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo limite de potência reativa corrigido compreender um limite de potência reativa máximo corrigido e um limite de potência reativa mínimo corrigido.
6. MÉTODO (600), de acordo qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo limiar ser 5% de potência reativa nominal para o sistema de energia renovável (200).
7. MÉTODO (600), de acordo qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo limite de potência reativa corrigido ser usado para limitar um comando de potência reativa para o sistema de energia renovável (200).
8. MÉTODO (600), de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo comando de potência reativa ser distribuído a uma pluralidade de unidades de geração de potência (202).
9. SISTEMA (200) DE CONTROLE PARA CONTROLAR UM SISTEMA DE ENERGIA RENOVÁVEL, de acordo com o método (600) conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 8, em que o sistema de controle compreende: um regulador de tensão (310) implantado por um ou mais dispositivos de controle (360), sendo que o regulador de tensão (310) é configurado para fornecer um comando de potência reativa com base, pelo menos parcialmente, em um sinal de erro de tensão; um limitador implantado pelos um ou mais dispositivos de controle (360), sendo que o limitador é configurado para limitar o comando de potência reativa com base, pelo menos parcialmente, em um limite de potência reativa inicial para o sistema de energia renovável (200); caracterizado pelo sistema compreender: um módulo de correção de limite de potência reativa implantado através dos um ou mais dispositivos de controle (360), sendo que o módulo de correção de limite de potência reativa é configurado para ajustar o limite de potência reativa inicial para um limite de potência reativa corrigido quando uma diferença entre o comando de potência reativa para o sistema de energia renovável (200) e uma produção de potência reativa real para o sistema de energia renovável (200) diminui além de um limiar, e em que o módulo de correção de limite de potência reativa é configurado para detectar a diferença que retorna para dentro do limiar, e em resposta à detecção da diferença que retorna para dentro do limiar, controlar a saída de potência reativa com base, pelo menos parcialmente, na potência reativa inicial; e em que o limite de potência reativa corrigido corrige o limite de potência reativa inicial para a capacidade de potência reativa real do sistema de energia renovável (200).
10. PARQUE EÓLICO (200), compreendendo: uma pluralidade de turbinas eólicas (202); uma pluralidade de controladores de turbina eólica (360), em que cada controlador de turbina eólica está associado a pelo menos uma dentre a pluralidade de turbinas eólicas (202); um controlador de parque eólico (222), sendo que o controlador de parque eólico (222) está em comunicação com cada um dentre os controladores de turbina eólica (360); caracterizado por compreender: um sistema (200) de controle conforme definido na reivindicação 9.
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