BR102020022298A2 - Método para operar um sistema de energia de turbina eólica conectado a uma rede elétrica - Google Patents

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Robert Gregory Wagoner
Dale Robert Mashtare
Pedro Arsuaga Santos
James Gregory Rotbert
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General Electric Company
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Abstract

método para operar um sistema de energia de turbina eólica conectado a uma rede elétrica. um método para operar um sistema de energia de turbina eólica conectado a uma rede elétrica inclui a coleta de dados relativos a um ou mais parâmetros de um ou mais componentes elétricos do sistema de energia de turbina eólica. o método também pode incluir a realização de uma análise estatística dos dados relativos a um ou mais parâmetros do um ou mais componentes elétricos. além disso, o método inclui prever o comportamento futuro do(s) componente(s) elétrico(s) com base na análise estatística. além disso, o método inclui determinar pontos de referência para o(s) componente(s) elétrico(s) usando o comportamento futuro previsto. além disso, o método inclui operar o sistema de energia de turbina eólica nos pontos de referência determinados para o(s) componente(s) elétrico(s) de modo a otimizar pelo menos uma característica do(s) componente(s) elétrico(s).

Description

MÉTODO PARA OPERAR UM SISTEMA DE ENERGIA DE TURBINA EÓLICA CONECTADO A UMA REDE ELÉTRICA CAMPO DA INVENÇÃO
[001] A presente invenção se refere, de modo geral, a turbinas eólicas e, mais particularmente, a sistemas e métodos para projetar e/ou operar componentes de turbinas eólicas com base em análise estatística de dados operacionais e/ou de rede de modo a diminuir as margens de projeto desnecessárias.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
[002] A energia eólica é considerada uma das fontes de energia mais limpas e ecologicamente corretas atualmente disponíveis, e as turbinas eólicas têm recebido cada vez mais atenção a esse respeito. Uma turbina eólica moderna normalmente inclui uma torre, gerador, caixa de engrenagens, nacela e uma ou mais pás do rotor. As pás do rotor capturam a energia cinética do vento usando princípios de aerofólio conhecidos. Por exemplo, as pás do rotor normalmente têm o perfil transversal de um aerofólio de modo que, durante a operação, o ar flui sobre a pá produzindo uma diferença de pressão entre os lados. Consequentemente, uma força de elevação, que é dirigida de um lado de pressão para o lado de sucção, atua na pá. A força de elevação gera torque no eixo do rotor principal, que é engrenado a um gerador para produzir eletricidade. Além disso, uma pluralidade de turbinas eólicas pode ser disposta em um local geológico predeterminado e eletricamente conectadas entre si para formar um parque eólico.
[003] Durante a operação, o vento impacta as pás do rotor da turbina eólica e as pás transformam a energia eólica em um torque de rotação mecânico que aciona rotativamente um eixo de baixa velocidade. O eixo de baixa velocidade é configurado para acionar a caixa de engrenagens que, subsequentemente, aumenta a velocidade de rotação baixa do eixo de baixa velocidade para acionar um eixo de alta velocidade a uma velocidade de rotação aumentada. Como tal, turbinas eólicas típicas também incluem vários componentes elétricos para converter a energia mecânica em energia elétrica. Por exemplo, o eixo de alta velocidade é geralmente acoplado rotativamente a um gerador de modo a acionar rotativamente um rotor do gerador. Como tal, um campo magnético rotativo pode ser induzido pelo rotor do gerador e uma tensão pode ser induzida dentro de um estator do gerador que é acoplado magneticamente ao rotor do gerador. Em determinadas configurações, a energia elétrica associada pode ser transmitida a um transformador de turbina que é normalmente conectado a uma rede elétrica por meio de um disjuntor de rede. Assim, o transformador da turbina aumenta a amplitude da tensão da energia elétrica de modo que a energia elétrica transformada possa ser posteriormente transmitida para a rede elétrica.
[004] Em muitas turbinas eólicas, o rotor do gerador também pode ser eletricamente acoplado a um conversor de energia bidirecional que inclui um conversor do lado do rotor unido a um conversor do lado da linha por meio de uma ligação CC regulada. Mais especificamente, algumas turbinas eólicas, tais como sistemas de gerador de indução duplamente alimentado (DFIG) acionados pelo vento ou sistemas de conversão de energia total, podem incluir um conversor de energia com uma topologia CA-CC-CA.
[005] Os componentes típicos da turbina eólica, particularmente os componentes elétricos, são projetados para condições de pior cenário (por exemplo, uma combinação do dia mais quente do ano, a corrente mais alta, a tensão mais alta etc.). Durante o ciclo de vida de uma turbina eólica, essa combinação de condições operacionais provavelmente nunca ocorre. Consequentemente, as turbinas eólicas convencionais são sobredimensionadas e incluem grandes margens de operação, o que adiciona um custo substancial ao sistema.
[006] Portanto, um sistema e método para projetar e/ou operar componentes elétricos da turbina eólica para refletir com mais precisão as condições operacionais reais seriam bem-vindos na técnica. Como tal, a presente invenção é direcionada a um sistema e método para projetar e/ou operar componentes elétricos da turbina eólica com base na probabilidade de determinadas condições serem atendidas de modo a diminuir as margens de projeto desnecessárias.
DESCRIÇÃO RESUMIDA
[007] Aspectos e vantagens da invenção serão apresentados em parte na descrição a seguir, ou podem ser óbvios a partir da descrição, ou podem ser aprendidos através da prática da invenção.
[008] Em um aspecto, a presente invenção é direcionada a um método para operar um sistema de energia de turbina eólica conectado a uma rede elétrica. O sistema de energia de turbina eólica tem um ou mais componentes elétricos. O método inclui a coleta de dados relativos a um ou mais parâmetros do um ou mais componentes elétricos. O método também pode incluir a realização de uma análise estatística dos dados relativos a um ou mais parâmetros do um ou mais componentes elétricos. Além disso, o método inclui prever o comportamento futuro do(s) componente(s) elétrico(s) com base na análise estatística. Além disso, o método inclui a determinação de pontos de referência para o(s) componente(s) elétrico(s) usando o comportamento futuro previsto. Além disso, o método inclui operar o sistema de energia de turbina eólica nos pontos de referência determinados para o(s) componente(s) elétrico(s) de modo a otimizar pelo menos uma característica do(s) componente(s) elétrico(s).
[009] Em uma forma de realização, por exemplo, o(s) componente(s) elétrico(s) pode(m) incluir pelo menos um dentre um gerador, um conversor de energia, um transformador, um mecanismo de comutação, cabos ou cabeamento, um sistema de inclinação ou um sistema de desvio de direção.
[010] Em outra forma de realização, os dados podem incluir, por exemplo, dados previstos ou projetados, dados simulados, dados operacionais medidos, dados calculados, dados de frota de turbina e/ou dados históricos. Além disso, os dados podem ser armazenados em pelo menos um banco de dados. Além disso, o(s) parâmetro(s) pode(m) incluir, por exemplo, tensão, corrente, temperatura, tempo e/ ou combinações ou funções dos mesmos.
[011] Em outras formas de realização, os dados podem ser armazenados em uma pluralidade de bancos de dados. Assim, em tais formas de realização, a coleta dos dados relativos ao(s) parâmetro(s) do(s) componente(s) elétrico(s) pode incluir a coleta dos dados relativos ao(s) parâmetro(s) do(s) componente(s) elétrico(s) da pluralidade de bancos de dados.
[012] Em várias formas de realização, a análise estatística pode incluir uma probabilidade individual, uma probabilidade combinada, uma média, um valor atípico (outlier), um desvio padrão e/ou combinações dos mesmos, bem como qualquer outra análise estatística adequada. Por exemplo, em uma forma de realização, a probabilidade individual ou a probabilidade combinada pode incluir, por exemplo, uma probabilidade do(s) componente(s) elétrico(s) operar em um determinado intervalo, uma probabilidade de um ou mais determinadas eventos ocorrer no(s) componente(s) elétrico(s), ou uma probabilidade de uma ou mais determinadas condições ocorrer no(s) componente(s) elétrico(s).
[013] Em formas de realização particulares, o sistema de energia de turbina eólica pode ser parte de um parque eólico que compreende uma pluralidade de sistemas de energia de turbina eólica. Em tais formas de realização, o método pode ainda incluir maximizar, por meio de um controlador de nível de parque que distribui demandas de energia real e/ou de energia reativa de forma diferente através da pluralidade de sistemas de energia de turbina eólica, uma capacidade de cada um da pluralidade de sistemas de energia de turbina eólica no parque eólico dependendo da probabilidade individual ou da probabilidade combinada para sistemas de energia de turbina eólica específicos da pluralidade de sistemas de energia de turbina eólica de modo a otimizar a potência de saída do parque eólico.
[014] Em outra forma de realização, a aplicação da análise estatística aos dados relativos ao(s) parâmetro(s) do(s) componente(s) elétrico(s) pode incluir determinar uma primeira probabilidade do(s) componente(s) elétrico(s) operar(em) em um primeiro intervalo ou um primeiro evento ocorrer no(s) componente(s) elétrico(s), determinar uma segunda probabilidade do(s) componente(s) elétrico(s) operar(em) em um segundo intervalo ou um segundo evento ocorrer no(s) componente(s) elétrico(s) e multiplicar a primeira e a segunda probabilidades do primeiro e do segundo eventos juntos para obter a probabilidade combinada.
[015] Em ainda outras formas de realização, a(s) característica(s) do(s) componente(s) elétrico(s) pode(m) incluir pelo menos uma dentre potência de saída, confiabilidade, manutenção, capacidade ou taxa de falha. Em formas de realização adicionais, o método também pode incluir otimizar a(s) característica(s) do(s) componente(s) elétrico(s), permitindo aumentos ou diminuições na(s) característica(s) do(s) componente(s) elétrico(s) com base na análise estatística.
[016] Em uma forma de realização, o método pode incluir estimar a probabilidade de operação do(s) componente(s) elétrico(s) ao longo de uma curva de capacidade P-Q usando os dados e determinar os pontos de referência para o(s) componente(s) elétrico(s) usando a probabilidade de operação do(s) componente(s) elétrico(s) ao longo da curva de capacidade P-Q.
[017] Em tais formas de realização, o método pode incluir ainda otimizar a potência de saída do sistema de energia de turbina eólica usando a probabilidade de operação do(s) componente(s) elétrico(s) ao longo da curva de capacidade P-Q.
[018] Em ainda outra forma de realização, o método pode incluir derivar dados de região a partir dos dados coletados relativos ao(s) parâmetro(s) do(s) componente(s) elétrico(s) e gerar uma ou mais curvas de capacidade P-Q região-específicas com base nos dados de região.
[019] Em ainda outras formas de realização, o método pode incluir personalizar a expansão da curva de capacidade P-Q acoplando uma unidade de geração de energia adicional com o sistema de energia de turbina eólica ou um sistema de geração de energia híbrido contendo o sistema de energia de turbina eólica.
[020] Em formas de realização particulares, o método pode incluir adquirir dados relativos à redução de capacidade do sistema de energia de turbina eólica devido exclusivamente ao aumento da demanda VAR da rede elétrica e converter os dados em uma redução de rendimento para o sistema de energia de turbina eólica devido às reduções de capacidade relacionadas ao VAR.
[021] Em outro aspecto, a presente invenção é direcionada a um sistema para otimizar o projeto de um ou mais componentes elétricos de um sistema de energia de turbina eólica. O sistema inclui um controlador com pelo menos um processador configurado para realizar uma pluralidade de operações. Por exemplo, a pluralidade de operações pode incluir coletar dados relativos a um ou mais parâmetros do(s) componente(s) elétrico(s), realizar uma análise estatística dos dados relativos ao(s) parâmetro(s) do(s) componente(s) elétrico(s), a análise estatística compreendendo, pelo menos, uma probabilidade combinada, prever o comportamento futuro do(s) componente(s) elétrico(s) com base na análise estatística, dimensionar o(s) componente(s) elétrico(s) usando o comportamento futuro previsto de modo a minimizar as margens de projeto do(s) componente(s) elétrico(s), e instalar o sistema de energia de turbina eólica de acordo com o dimensionamento de modo a otimizar pelo menos uma característica do(s) componente(s) elétrico(s). Também deve ser entendido que o método pode incluir ainda qualquer uma das etapas e/ou características adicionais descritas neste documento.
[022] Estas e outras características, aspectos e vantagens da presente invenção serão melhor compreendidos com referência à seguinte descrição e reivindicações anexas. Os desenhos anexos, que são incorporados e constituem uma parte deste relatório descritivo, ilustram formas de realização da invenção e, juntamente com a descrição, servem para explicar os princípios da invenção.
BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS
[023] Uma divulgação completa e capacitante da presente invenção, incluindo o melhor modo da mesma, direcionada a um técnico no assunto, é apresentada no relatório descritivo, o qual faz referência às figuras anexas, nas quais:
  • - A Figura 1 ilustra uma vista em perspectiva de uma forma de realização de uma turbina eólica de acordo com a presente invenção;
  • - A Figura 2 ilustra uma vista interna simplificada de uma forma de realização de uma nacela de acordo com a presente invenção;
  • - A Figura 3 ilustra uma vista esquemática de uma forma de realização de um sistema de energia elétrica de turbina eólica adequado para uso com a turbina eólica mostrada na Figura 1;
  • - A Figura 4 ilustra um parque eólico tendo uma pluralidade de turbinas eólicas de acordo com a presente invenção;
  • - A Figura 5 ilustra um diagrama de blocos de uma forma de realização de um controlador de acordo com a presente invenção; e
  • - A Figura 6 ilustra um fluxograma de uma forma de realização de um método para operar uma turbina eólica de acordo com a presente invenção.
DESCRIÇÃO DETALHADA
[024] Será feita agora referência em detalhe às formas de realização da invenção, um ou mais exemplos das quais são ilustrados nas figuras. Cada exemplo é fornecido a título de explicação da invenção, não limitando a invenção. De fato, será evidente para um técnico no assunto que podem ser feitas várias modificações e variações na presente invenção sem se afastar do escopo ou sentido da invenção. Por exemplo, características ilustradas ou descritas como parte de uma forma de realização podem ser utilizadas com outra forma de realização para produzir ainda outra forma de realização. Assim, pretende-se que a presente invenção abranja tais modificações e variações como estando dentro do escopo das reivindicações anexas e seus equivalentes.
[025] Com referência agora aos desenhos, a Figura 1 ilustra uma vista em perspectiva de uma forma de realização de uma turbina eólica (10) de acordo com a presente invenção. Como mostrado, a turbina eólica (10) geralmente inclui uma torre (12) que se estende a partir de uma superfície de suporte (14), uma nacela (16) montada na torre (12) e um rotor (18) acoplado à nacela (16). O rotor (18) inclui um cubo rotativo (20) e pelo menos uma pá de rotor (22) acoplada e se estendendo para fora do cubo (20). Por exemplo, na forma de realização ilustrada, o rotor (18) inclui três pás de rotor (22). No entanto, em uma forma de realização alternativa, o rotor (18) pode incluir mais ou menos de três pás de rotor (22). Cada pá de rotor (22) pode ser espaçada em torno do cubo (20) para facilitar a rotação do rotor (18) para permitir que a energia cinética seja transferida do vento para energia mecânica utilizável e, subsequentemente, energia elétrica. Por exemplo, o cubo (20) pode ser rotativamente acoplado a um gerador elétrico (24) (Figura 2) posicionado dentro da nacela (16) para permitir que a energia elétrica seja produzida.
[026] A turbina eólica (10) também pode incluir um controlador de turbina eólica (26) centralizado dentro da nacela (16). No entanto, em outras formas de realização, o controlador (26) pode estar localizado dentro de qualquer outro componente da turbina eólica (10) ou em um local fora da turbina eólica (10). Além disso, o controlador (26) pode ser acoplado comunicativamente a qualquer número dos componentes da turbina eólica (10), a fim de controlar a operação de tais componentes e/ou implementar uma ação corretiva ou de controle. Como tal, o controlador (26) pode incluir um computador ou outra unidade de processamento adequada. Assim, em várias formas de realização, o controlador (26) pode incluir instruções legíveis por computador adequadas que, quando implementadas, configuram o controlador (26) para executar várias funções diferentes, tais como receber, transmitir e/ou executar sinais de controle de turbina eólica. Por conseguinte, o controlador (26) pode geralmente ser configurado para controlar os vários modos operacionais (por exemplo, sequências de inicialização ou desligamento), redução ou aumento de capacidade da turbina eólica e/ou componentes individuais da turbina eólica (10).
[027] Com referência agora à Figura 2, uma vista interna simplificada de uma forma de realização da nacela (16) da turbina eólica (10) mostrada na Figura 1 é ilustrada. Como mostrado, um gerador (24) pode ser disposto dentro da nacela (16) e suportado no topo de uma placa de apoio (46). Em geral, o gerador (24) pode ser acoplado ao rotor (18) para produzir energia elétrica a partir da energia rotacional gerada pelo rotor (18). Por exemplo, como mostrado na forma de realização ilustrada, o rotor (18) pode incluir um eixo de rotor (34) acoplado ao cubo (20) para rotação com o mesmo. O eixo de rotor (34) pode, por sua vez, ser acoplado rotativamente a um eixo de gerador (36) do gerador (24) através de uma caixa de engrenagens (38). Como é geralmente entendido, o eixo de rotor (34) pode fornecer uma entrada de baixa velocidade e alto torque à caixa de engrenagens (38) em resposta à rotação das pás do rotor (22) e do cubo (20). A caixa de engrenagens (38) pode então ser configurada para converter a entrada de baixa velocidade e alto torque em saída de alta velocidade e baixo torque para acionar o eixo de gerador (36) e, assim, o gerador (24).
[028] A turbina eólica (10) pode também um ou mais mecanismos de acionamento de inclinação (32) comunicativamente acoplados ao controlador de turbina eólica (26), com cada mecanismo(s) de ajuste de inclinação (32) sendo configurado para girar um rolamento de inclinação (40) e, assim, a(s) pá(s) de rotor individual(is) (22) sobre seu respectivo eixo de inclinação (28). Além disso, como mostrado, a turbina eólica (10) pode incluir um ou mais mecanismos de acionamento de desvio de direção (42) configurados para alterar o ângulo da nacela (16) em relação ao vento (por exemplo, engatando um rolamento de desvio de direção (44) da turbina eólica (10) que está disposto entre a nacela (16) e a torre (12) da turbina eólica (10)).
[029] Além disso, a turbina eólica (10) também pode incluir um ou mais sensores (66, 68) para monitorar várias condições do vento da turbina eólica (10). Por exemplo, a direção do vento de entrada (52), a velocidade do vento ou qualquer outra condição de vento adequada perto da turbina eólica (10) pode ser medida, tal como através do uso de um sensor meteorológico adequado (66). Sensores meteorológicos adequados podem incluir, por exemplo, dispositivos de detecção e alcance de luz (“LIDAR”), dispositivos de detecção e alcance sônico (“SODAR”), anemômetros, cata-vento, barômetros, dispositivos de radar (como dispositivos de radar Doppler) ou qualquer outro dispositivo de detecção que pode fornecer informações direcionais do vento agora conhecidos ou posteriormente desenvolvidos na técnica. Ainda outros sensores (68) podem ser utilizados para medir parâmetros operacionais adicionais da turbina eólica (10), tais como tensão, corrente, vibração etc., conforme descrito neste documento.
[030] Com referência agora à Figura 3, um diagrama esquemático de uma forma de realização de um sistema de energia de turbina eólica (100) é ilustrado de acordo com aspectos da presente invenção. Embora a presente invenção seja geralmente descrita neste documento com referência ao sistema (100) mostrado na Figura 3, os técnicos no assunto, usando as divulgações fornecidas neste documento, devem compreender que aspectos da presente invenção também podem ser aplicáveis em outros sistemas de geração de energia e, como mencionado acima, que a invenção não está limitada a sistemas de turbinas eólicas.
[031] Na forma de realização da Figura 3 e como mencionado, o rotor (18) da turbina eólica (10) (Figura 1) pode, opcionalmente, ser acoplado à caixa de engrenagens (38), que é, por sua vez, acoplada a um gerador (102), que pode ser um gerador de indução duplamente alimentado (DFIG). Conforme mostrado, o DFIG (102) pode ser conectado a um barramento de estator (104). Além disso, como mostrado, um conversor de energia (106) pode ser conectado ao DFIG (102) através de um barramento de rotor (108) e ao barramento de estator (104) através de um barramento do lado da linha (110). Como tal, o barramento de estator (104) pode fornecer uma energia multifásica de saída (por exemplo, energia trifásica) a partir de um estator do DFIG (102), e o barramento de rotor (108) pode fornecer uma energia multifásica de saída (por exemplo, energia trifásica) a partir de um rotor do DFIG (102). O conversor de energia (106) também pode incluir um conversor do lado do rotor (RSC) (112) e um conversor do lado da linha (LSC) (114). O DFIG (102) é acoplado através do barramento de rotor (108) ao conversor do lado do rotor (112). Além disso, o RSC (112) é acoplado ao LSC (114) por meio de uma ligação CC (116) através da qual está um capacitor de ligação CC (118). O LSC (114) é, por sua vez, acoplado ao barramento do lado da linha (110).
[032] O RSC (112) e o LSC (114) podem ser configurados para o modo de operação normal em um arranjo de modulação em largura de pulso (PWM) trifásico usando um ou mais dispositivos de comutação, tais como elementos de comutação de transistor bipolar de porta isolada (IGBT). Além disso, o conversor de energia (106) pode ser acoplado a um controlador de conversor (120) a fim de controlar a operação do conversor do lado do rotor (112) e/ou do conversor do lado da linha (114), como descrito neste documento. Deve-se notar que o controlador de conversor (120) pode ser configurado como uma interface entre o conversor de energia (106) e o controlador de turbina (26) e pode incluir qualquer número de dispositivos de controle, tais como aqueles descritos na Figura 5.
[033] Em configurações típicas, vários contatores de linha e disjuntores, incluindo, por exemplo, um disjuntor de rede (122), também podem ser incluídos para isolar os vários componentes, conforme necessário para a operação normal do DFIG (102) durante a conexão e desconexão de uma carga, tal como a rede elétrica (124). Por exemplo, um disjuntor de sistema (126) pode acoplar um barramento de sistema (128) a um transformador (130), que pode ser acoplado à rede elétrica (124) através do disjuntor de rede (122). Em formas de realização alternativas, os fusíveis podem substituir alguns ou todos os disjuntores.
[034] Em operação, a energia de corrente alternada gerada no DFIG (102) pela rotação do rotor (18) é fornecida à rede elétrica (124) por meio de caminhos duplos definidos pelo barramento de estator (104) e pelo barramento de rotor (108). No lado do barramento de rotor (108), energia de corrente alternada (CA) multifásica (por exemplo, trifásica) sinusoidal é fornecida ao conversor de energia (106). O conversor de energia do lado do rotor (112) converte a energia CA fornecida a partir do barramento de rotor (108) em energia de corrente contínua (CC) e fornece a energia CC para a ligação CC (116). Como é geralmente entendido, os elementos de comutação (por exemplo, IGBTs) usados nas ligações em ponte do conversor de energia do lado do rotor (112) podem ser modulados para converter a energia CA fornecida a partir do barramento de rotor (108) em energia CC adequada para a ligação CC (116).
[035] Além disso, o conversor do lado da linha (114) converte a energia CC na ligação CC (116) em energia de saída CA adequada para a rede elétrica (124). Em particular, os elementos de comutação (por exemplo, IGBTs) usados em ligações em ponte do conversor de energia do lado da linha (114) podem ser modulados para converter a energia CC na ligação CC (116) em energia CA no barramento do lado da linha (110). A energia CA do conversor de energia (106) pode ser combinada com a energia do estator do DFIG (102) para fornecer energia multifásica (por exemplo, energia trifásica) tendo uma frequência mantida substancialmente na frequência da rede elétrica (124) (por exemplo, 50 Hz ou 60 Hz).
[036] Além disso, vários disjuntores e comutadores, tais como o disjuntor de rede (122), o disjuntor de sistema (126), o comutador de sincronização de estator (132), o disjuntor de conversor (134) e o contator de linha (136), podem ser incluídos no sistema de energia de turbina eólica (100) para conectar ou desconectar os barramentos correspondentes, por exemplo, quando o fluxo de corrente é excessivo e pode danificar os componentes do sistema de energia de turbina eólica (100) ou para outras considerações operacionais. Componentes de proteção adicionais também podem ser incluídos no sistema de energia de turbina eólica (100).
[037] Além disso, o conversor de energia (106) pode receber sinais de controle, por exemplo, do sistema de controle local (176) por meio do controlador de conversor (120). Os sinais de controle podem ser baseados, entre outras coisas, em estados detectados ou características operacionais do sistema de energia de turbina eólica (100). Normalmente, os sinais de controle fornecem o controle da operação do conversor de energia (106). Por exemplo, o retorno na forma de uma velocidade detectada do DFIG (102) pode ser usado para controlar a conversão da potência de saída do barramento de rotor (108) para manter uma fonte de alimentação multifásica (por exemplo, trifásica) adequada e balanceada. Outro retorno de outros sensores também pode ser usado pelo(s) controlador(es) (120, 26) para controlar o conversor de energia (106), incluindo, por exemplo, tensões de barramento de rotor e estator e retorno de corrente. Usando as várias formas de informação de retorno, sinais de controle de comutação (por exemplo, comandos de temporização de porta para IGBTs), sinais de controle de sincronização de estator e sinais de disjuntor podem ser gerados.
[038] O conversor de energia (106) também compensa ou ajusta a frequência da energia trifásica do rotor para mudanças, por exemplo, na velocidade do vento no cubo (20) e nas pás do rotor (22). Portanto, as frequências do rotor mecânico e elétrico são desacopladas e a correspondência de frequência de estator e rotor elétricos é facilitada substancialmente independentemente da velocidade do rotor mecânico.
[039] Em alguns estados, as características bidirecionais do conversor de energia (106) e, especificamente, as características bidirecionais do LSC (114) e RSC (112), facilitam a realimentação de pelo menos parte da energia elétrica gerada no rotor do gerador. Mais especificamente, a energia elétrica pode ser transmitida do barramento de estator (104) para o barramento do lado da linha (110) e, subsequentemente, através do contator de linha (136) e para o conversor de energia (106), especificamente o LSC (114) que atua como um retificador e retifica a energia CA sinusoidal trifásica para energia CC. A energia CC é transmitida para a ligação CC (116). O capacitor (118) facilita a mitigação das variações de amplitude de tensão da ligação CC ao facilitar a mitigação de uma ondulação CC, às vezes associada à retificação CA trifásica.
[040] A energia CC é subsequentemente transmitida ao RSC (112), que converte a energia elétrica CC em uma energia elétrica CA sinusoidal trifásica ajustando tensões, correntes e frequências. Esta conversão é monitorada e controlada através do controlador de conversor (120). A energia CA convertida é transmitida do RSC (112) através do barramento de rotor (108) para o rotor do gerador. Desse modo, o controle da energia reativa do gerador é facilitado pelo controle da corrente e da tensão do rotor.
[041] Com referência agora à Figura 4, o sistema de energia de turbina eólica (100) aqui descrito pode ser parte de um parque eólico (50). Como mostrado, o parque eólico (50) pode incluir uma pluralidade de turbinas eólicas (52), incluindo a turbina eólica (10) descrita acima e um controlador geral de nível de parque (56). Por exemplo, como mostrado na forma de realização ilustrada, o parque eólico (50) inclui doze turbinas eólicas, incluindo a turbina eólica (10). No entanto, em outras formas de realização, o parque eólico (50) pode incluir qualquer outro número de turbinas eólicas, tal como menos de doze turbinas eólicas ou mais de doze turbinas eólicas. Em uma forma de realização, os controladores de turbina da pluralidade de turbinas eólicas (52) são comunicativamente acoplados ao controlador de nível de parque (56), por exemplo, através de uma conexão com fio, tal como conectando o controlador de turbina (26) através de ligações comunicativas adequadas (57) (por exemplo, um cabo adequado). Alternativamente, os controladores de turbina podem ser acoplados comunicativamente ao controlador de nível de parque (56) por meio de uma conexão sem fio, tal como usando qualquer protocolo de comunicação sem fio adequado conhecido na técnica. Em outras formas de realização, o controlador de nível de parque (56) é configurado para enviar e receber sinais de controle de e para as várias turbinas eólicas (52), como, por exemplo, distribuir demandas de energia real e/ou reativa através das turbinas eólicas (52) do parque eólico (50).
[042] Ainda com referência à Figura 4, o parque eólico (50) pode ser um sistema híbrido com uma ou mais unidades adicionais de geração de energia ativa ou passiva (55), como, por exemplo, um dispositivo de geração de energia solar, um sistema de armazenamento de energia (como um banco de baterias), uma unidade de geração de energia reativa (VAR) ou banco (em um ou ambos no nível de turbina ou no nível de parque), ou similar. Por exemplo, como mostrado na Figura 3, o sistema de energia de turbina eólica (100) inclui uma unidade de geração de energia reativa (138). Portanto, deve ser entendido que tais dispositivos de geração de energia adicionais podem ser utilizados em um ou ambos no nível de turbina ou no nível de parque.
[043] Com referência agora à Figura 5, um diagrama de blocos de uma forma de realização de componentes adequados que podem ser incluídos dentro do controlador (tal como qualquer um dentre o controlador de conversor (120), o controlador de turbina (26) e/ ou o controlador de nível de parque (56) aqui descrito) de acordo com aspectos de exemplo da presente invenção é ilustrado. Conforme mostrado, o controlador pode incluir um ou mais processador(es) (58), computador ou outra unidade de processamento adequada e dispositivo(s) de memória associado(s) (60) que podem incluir instruções legíveis por computador adequadas que, quando implementadas, configuram o controlador para executar várias funções diferentes, tais como receber, transmitir e/ou executar sinais de controle de turbina eólica (por exemplo, realizar os métodos, etapas, cálculos e semelhantes aqui divulgados).
[044] Conforme usado neste documento, o termo “processador” se refere não apenas a circuitos integrados referidos na técnica como sendo incluídos em um computador, mas também se refere a um controlador, um microcontrolador, um microcomputador, um controlador lógico programável (PLC), um circuito integrado específico de aplicação e outros circuitos programáveis. Além disso, o(s) dispositivo(s) de memória (60) podem compreender, de modo geral, elemento(s) de memória incluindo, mas não limitado a um meio legível por computador (por exemplo, memória de acesso aleatório (RAM)), meio não volátil legível por computador (por exemplo, uma memória flash), um disquete, um disco compacto - memória apenas para leitura (CD-ROM), um disco magneto-óptico (MOD), um disco versátil digital (DVD) e/ou outros elementos de memória adequados.
[045] Tal(ais) dispositivo(s) de memória (60) podem ser, de modo geral, configurados para armazenar instruções legíveis por computador adequadas que, quando implementadas pelo(s) processador(es) (58), configuram o controlador para executar as várias funções, conforme descrito neste documento. Além disso, o controlador também pode incluir uma interface de comunicação (62) para facilitar as comunicações entre o controlador e os vários componentes da turbina eólica (10). Uma interface pode incluir um ou mais circuitos, terminais, pinos, contatos, condutores ou outros componentes para enviar e receber sinais de controle. Além disso, o controlador pode incluir uma interface de sensor (64) (por exemplo, um ou mais conversores analógicodigital) para permitir que os sinais transmitidos a partir dos sensores (66, 68) sejam convertidos em sinais que podem ser compreendidos e processados pelo(s) processador(es) (58).
[046] Com referência agora à Figura 6, um fluxograma de uma forma de realização de um método (150) para operar um sistema de energia de turbina eólica conectado a uma rede elétrica é ilustrado. Mais especificamente, como mencionado, o sistema de energia de turbina eólica (100) inclui uma pluralidade de componentes elétricos, como, por exemplo, o gerador (102), o conversor de energia (106), o transformador (130), mecanismos de comutação, cabos ou cabeamento, o sistema de inclinação (32) e o sistema de desvio de direção (42), entre outros. Em geral, o método (150) será descrito neste documento com referência à turbina eólica (10), ao sistema de energia de turbina eólica (100) e aos controladores (26, 120) das Figuras 1 a 5. No entanto, deve ser apreciado que o método revelado (150) pode ser implementado com turbinas eólicas tendo quaisquer outras configurações adequadas. Além disso, embora a Figura 6 represente as etapas realizadas em uma ordem particular para fins de ilustração e discussão, os métodos aqui discutidos não estão limitados a qualquer ordem ou arranjo particular. Um técnico no assunto, usando as divulgações fornecidas neste documento, apreciará que várias etapas dos métodos revelados neste documento podem ser omitidas, reorganizadas, combinadas e/ou adaptadas de várias maneiras sem se desviar do escopo da presente invenção.
[047] Como mostrado em (152), o método (150) pode incluir a coleta de dados relativos a um ou mais parâmetros do(s) componente(s) elétrico(s). Em outra forma de realização, os dados podem incluir, por exemplo, dados previstos ou projetados, dados simulados, dados operacionais medidos, dados calculados, dados de frota de turbina e/ ou dados históricos. Além disso, o(s) parâmetro(s) conforme descrito(s) neste documento pode(m) incluir, por exemplo, tensão, corrente, temperatura, tempo e/ ou combinações ou funções dos mesmos. Além disso, os dados podem ser armazenados em um único banco de dados ou em uma pluralidade de bancos de dados. Assim, em uma forma de realização, os dados podem ser coletados a partir de cada um da pluralidade de bancos de dados.
[048] Conforme mostrado em (154), o método (150) pode incluir realizar uma análise estatística dos dados relativos a um ou mais parâmetros do(s) componente(s) elétrico(s). Em várias formas de realização, por exemplo, a análise estatística pode incluir uma probabilidade individual, uma probabilidade combinada, uma média, um valor atípico, um desvio padrão e/ ou combinações dos mesmos, bem como qualquer outra análise estatística adequada. Por exemplo, em uma forma de realização, a probabilidade individual ou a probabilidade combinada pode incluir, por exemplo, uma probabilidade do(s) componente(s) elétrico(s) operar(em) em um determinado intervalo, uma probabilidade de um ou mais determinadas eventos ocorrerem no(s) componente(s) elétrico(s), ou uma probabilidade de uma ou mais determinadas condições ocorrerem no(s) componente(s) elétrico(s).
[049] Em formas de realização particulares, um dos controladores aqui descritos pode ser configurado para determinar uma primeira probabilidade do(s) componente(s) elétrico(s) operar(em) em um primeiro intervalo ou um primeiro evento ocorrer no(s) componente(s) elétrico(s) e uma segunda probabilidade do(s) componente(s) elétrico(s) operar(em) em um segundo intervalo ou um segundo evento ocorrer no(s) componente(s) elétrico(s). O controlador pode então multiplicar a primeira e a segunda probabilidades do primeiro e do segundo eventos juntos para obter a probabilidade combinada. Em outra forma de realização, o método (150) pode incluir estimar a probabilidade de operação do(s) componente(s) elétrico(s) ao longo de uma curva de capacidade P-Q, usando os dados aqui descritos.
[050] Ainda com referência à Figura 6, como mostrado em (156), o método (150) pode incluir prever o comportamento futuro do(s) componente(s) elétrico(s) com base na análise estatística. Por exemplo, o comportamento futuro geralmente se refere a várias propriedades ou características do(s) componente(s) elétrico(s) que afetam a otimização do sistema. Portanto, tal comportamento pode incluir potência de saída, confiabilidade, manutenção, capacidade, taxa de falha, temperatura, tensão, corrente ou qualquer outro parâmetro adequado. Em outras palavras, em um exemplo, o controlador pode usar a probabilidade de ocorrência de vários cenários e projetar ou operar um sistema menos caro operando mais próximo dos limites com menos margem de projeto.
[051] Conforme mostrado em (158), o método (150) pode incluir determinar pontos de referência para o(s) componente(s) elétrico(s) usando o comportamento futuro previsto. Como mostrado em (160), o método (150) pode incluir operar o sistema de energia de turbina eólica (100) nos pontos de referência determinados para o(s) componente(s) elétrico(s) de modo a otimizar pelo menos uma característica do(s) componente(s) elétrico(s). Por exemplo, em uma forma de realização, a(s) característica(s) do(s) componente(s) elétrico(s) pode(m) incluir pelo menos uma dentre potência de saída, confiabilidade, manutenção, capacidade, taxa de falha ou qualquer outro parâmetro adequado. Assim, em formas de realização adicionais, o método (150) também pode incluir otimizar a(s) característica(s) do(s) componente(s) elétrico(s), permitindo aumentos ou diminuições na(s) característica(s) do(s) componente(s) elétrico(s) com base na análise estatística. Por exemplo, em certas formas de realização, o controlador pode implementar uma ação de controle, como, por exemplo, inclinar uma ou mais pás do rotor (22) da turbina eólica (10), desviar a direção da nacela (16) da turbina eólica (10) (por exemplo, para longe da direção do vento de entrada (52)), reduzir a capacidade da turbina eólica (10) e/ou qualquer outra ação de controle adequada.
[052] Em uma forma de realização particular, o método (150) pode incluir determinar os pontos de referência para o(s) componente(s) elétrico(s) usando, por exemplo, a probabilidade de operação do(s) componente(s) elétrico(s) ao longo da curva de capacidade P-Q. Assim, em tais formas de realização, o método (150) pode incluir ainda otimizar a potência de saída do sistema de energia de turbina eólica (100) usando a probabilidade de operação do(s) componente(s) elétrico(s) ao longo da curva de capacidade P-Q.
[053] Em ainda outra forma de realização, o método (150) pode incluir derivar dados de região a partir dos dados coletados relativos ao(s) parâmetro(s) do(s) componente(s) elétrico(s) e gerar uma ou mais curvas de capacidade P-Q região-específicas com base nos dados de região. Por exemplo, em regiões onde a probabilidade de termos conjuntos (por exemplo, alta temperatura, vento forte (alta potência), alta demanda de VAR, alta variação de tensão PU etc.) é baixa, o controlador pode expandir a curva de capacidade P, Q de modo a permitir maior energia real (P) e/ou reativa (Q). Além disso, com dados históricos probabilísticos da região, esse conhecimento pode ser aplicado às condições de previsão e definir esses limites operacionais da região e/ou sazonalmente específicos.
[054] Em ainda outras formas de realização, o método (150) pode incluir personalizar a expansão da curva de capacidade P-Q, por exemplo, acoplando a unidade de geração de energia reativa adicional (138) (Figura 3), tal como uma caixa VAR modular, com o sistema de energia de turbina eólica (100). Em tais formas de realização, a unidade de geração de energia reativa (138) pode ser usada para personalizar a operação P, Q para as necessidades do cliente com base na análise de probabilidade para o cliente, região ou local. Além disso, a unidade de geração de energia reativa (138) pode permitir capacidade adicional de turbina P e/ou Q com este suplemento de energia reativa eletrônico de energia adicional. Por exemplo, um sistema de energia de turbina eólica de 1,85 MW poderia ser impulsionado para 1,95 MW a 0,9 PF com a adição da unidade de geração de energia reativa (138), desde que haja alta confiança e baixo risco capturados para as curvas P, Q expandidas. Além disso, ao definir e selecionar o tamanho da unidade de geração de energia reativa (138), os métodos descritos neste documento podem ser ainda mais expandidos com base em uma simulação que incorpora dados de rede históricos.
[055] Em formas de realização particulares, em que o sistema de energia de turbina eólica (100) faz parte do parque eólico (50), o método (150) pode ainda incluir maximizar, por meio do controlador de nível de parque (56), uma capacidade de cada um da pluralidade de sistemas de energia de turbina eólica (52) no parque eólico (56), dependendo da probabilidade individual ou da probabilidade combinada para sistemas de energia de turbina eólica específicos (52), de modo a otimizar a potência de saída do parque eólico (52). Em tais formas de realização, aplicando o conhecimento da capacidade localizada do parque (como variação do vento através do parque eólico (50), impactos de rastro em todo o parque eólico (50), cabeamento, limites do transformador etc.), tais capacidades podem ser maximizadas.
[056] Ainda em formas de realização adicionais, o método (150) pode incluir adquirir dados relativos à redução de capacidade do(s) sistema(s) de energia de turbina eólica (100) devido exclusivamente ao aumento da demanda VAR da rede elétrica e converter os dados em uma redução de rendimento para o(s) sistema(s) de energia de turbina eólica (100) devido a reduções de capacidade relacionadas ao VAR. Por conseguinte, o controlador pode usar simulação para medir a economia financeira para OEM quando os componentes elétricos são projetados com capacidade geral reduzida para otimizar a capacidade apenas nas regiões de alta probabilidade na curva P, Q, com base em dados históricos. O impacto financeiro de maiores reduções de capacidade relacionadas ao VAR pode então ser comparado com a economia financeira de componentes elétricos menos capazes, usando dados históricos da rede.
[057] Formas de realização exemplificativas de uma turbina eólica, um controlador para uma turbina eólica e métodos de controle de uma turbina eólica são descritos acima em detalhes. Os métodos, a turbina eólica e o controlador não estão limitados às formas de realização específicas aqui descritas, mas, em vez disso, os componentes da turbina eólica e/ou o controlador e/ou as etapas dos métodos podem ser utilizados independentemente e separadamente de outros componentes e/ou etapas descritas aqui. Por exemplo, o controlador e os métodos também podem ser usados em combinação com outros sistemas e métodos de energia de turbina eólica e não estão limitados à prática apenas com o sistema de energia como aqui descrito. Em vez disso, a forma de realização exemplificativa pode ser implementada e utilizada em conexão com muitas outras aplicações de turbina eólica ou sistema de energia, tais como sistemas de energia solar.
[058] Embora características específicas de várias formas de realização da invenção possam ser mostradas em alguns desenhos e não em outros, isto é apenas por conveniência. De acordo com os princípios da invenção, qualquer característica de um desenho pode ser referenciada e/ou reivindicada em combinação com qualquer característica de qualquer outro desenho.
[059] Vários aspectos e formas de realização da presente invenção são definidos pelas seguintes cláusulas numeradas.
[060] Cláusula 1. Método para operar um sistema de energia de turbina eólica conectado a uma rede elétrica, o sistema de energia de turbina eólica tendo um ou mais componentes elétricos, o método compreendendo:
  • - coletar dados relativos a um ou mais parâmetros do um ou mais componentes elétricos;
  • - realizar uma análise estatística dos dados relativos a um ou mais parâmetros do um ou mais componentes elétricos;
  • - prever o comportamento futuro do um ou mais componentes elétricos com base na análise estatística;
  • - determinar pontos de referência para o um ou mais componentes elétricos usando o comportamento futuro previsto; e
  • - operar o sistema de energia de turbina eólica nos pontos de referência determinados para o um ou mais componentes elétricos, de modo a otimizar pelo menos uma característica do um ou mais componentes elétricos.
[061] Cláusula 2. O método da cláusula 1, em que o um ou mais componentes elétricos compreendem pelo menos um dentre um gerador, um conversor de energia, um transformador, um mecanismo de comutação, cabos ou cabeamento, um sistema de inclinação ou um sistema de desvio de direção.
[062] Cláusula 3. O método de qualquer uma das cláusulas anteriores, em que os dados compreendem pelo menos um dentre dados previstos ou projetados, dados simulados, dados operacionais medidos, dados calculados, dados de frota de turbina ou dados históricos, os dados sendo armazenados em pelo menos um banco de dados, o um ou mais parâmetros compreendendo pelo menos um dentre tensão, corrente, temperatura, tempo e/ ou combinações ou funções dos mesmos.
[063] Cláusula 4. O método de qualquer uma das cláusulas anteriores, em que os dados são armazenados em uma pluralidade de bancos de dados, em que a coleta dos dados relativos ao um ou mais parâmetros do um ou mais componentes elétricos compreende ainda coletar os dados relativos ao um ou mais parâmetros do um ou mais componentes elétricos a partir da pluralidade de bancos de dados.
[064] Cláusula 5. O método de qualquer uma das cláusulas anteriores, em que a análise estatística compreende pelo menos um dentre: uma probabilidade individual, uma probabilidade combinada, uma média, um valor atípico, um desvio padrão ou combinações dos mesmos.
[065] Cláusula 6. O método da cláusula 5, em que a probabilidade individual ou a probabilidade combinada compreende pelo menos um dentre: uma probabilidade do um ou mais componentes elétricos operar em um determinado intervalo, uma probabilidade de um ou mais determinados eventos ocorrer no um ou mais componentes elétricos, ou uma probabilidade de uma ou mais determinadas condições ocorrer no um ou mais componentes elétricos.
[066] Cláusula 7. O método da cláusula 5, em que o sistema de energia de turbina eólica faz parte de um parque eólico que compreende uma pluralidade de sistemas de energia de turbina eólica, o método compreendendo ainda:
  • - maximizar, por meio de um controlador de nível de parque que distribui demandas de energia real e/ou de energia reativa de forma diferente através da pluralidade de sistemas de energia de turbina eólica, uma capacidade de cada um da pluralidade de sistemas de energia de turbina eólica no parque eólico dependendo da probabilidade individual ou da probabilidade combinada para sistemas de energia de turbina eólica específicos da pluralidade de sistemas de energia de turbina eólica de modo a otimizar a potência de saída do parque eólico.
[067] Cláusula 8. O método da cláusula 5, em que a aplicação da análise estatística aos dados relativos ao um ou mais parâmetros do um ou mais componentes elétricos compreende ainda:
  • - determinar uma primeira probabilidade do um ou mais componentes elétricos operar em um primeiro intervalo ou um primeiro evento ocorrer no um ou mais componentes elétricos;
  • - determinar uma segunda probabilidade do um ou mais componentes elétricos operar em um segundo intervalo ou um segundo evento ocorrer no um ou mais componentes elétricos; e
  • - multiplicar a primeira e a segunda probabilidades do primeiro e do segundo eventos juntos para obter a probabilidade combinada.
[068] Cláusula 9. O método de qualquer uma das cláusulas anteriores, em que a pelo menos uma característica do um ou mais componentes elétricos compreendendo pelo menos um dentre potência de saída, confiabilidade, manutenção, capacidade ou taxa de falha.
[069] Cláusula 10. O método da cláusula 9, compreendendo ainda otimizar a pelo menos uma característica do um ou mais componentes elétricos, permitindo aumentos ou diminuições na pelo menos uma característica do um ou mais componentes elétricos com base na análise estatística.
[070] Cláusula 11. O método de qualquer uma das cláusulas anteriores, compreendendo ainda:
  • - estimar a probabilidade de operação do um ou mais componentes elétricos ao longo de uma curva de capacidade P-Q usando os dados;
  • - determinar os pontos de referência para o um ou mais componentes elétricos usando a probabilidade de operação do um ou mais componentes elétricos ao longo da curva de capacidade P-Q.
[071] Cláusula 12. O método da cláusula 11, compreendendo ainda otimizar a potência de saída do sistema de energia de turbina eólica usando a probabilidade de operação do um ou mais componentes elétricos ao longo da curva de capacidade P-Q.
[072] Cláusula 13. O método da cláusula 11, compreendendo ainda:
  • - derivar dados de região a partir dos dados coletados relativos ao um ou mais parâmetros do um ou mais componentes elétricos; e
  • - gerar uma ou mais curvas de capacidade P-Q região-específicas com base nos dados de região.
[073] Cláusula 14. O método da cláusula 11, compreendendo ainda personalizar a expansão da curva de capacidade P-Q acoplando uma unidade de geração de energia adicional com pelo menos um dentre o sistema de energia de turbina eólica ou um sistema de geração de energia híbrido contendo o sistema de energia de turbina eólica.
[074] Cláusula 15. O método de qualquer uma das cláusulas anteriores, compreendendo ainda:
  • - adquirir dados relativos à redução de capacidade do sistema de energia de turbina eólica devido exclusivamente ao aumento da demanda VAR da rede elétrica; e
  • - converter os dados em uma redução de rendimento para o sistema de energia de turbina eólica devido a reduções de capacidade relacionadas ao VAR.
[075] Cláusula 16. Sistema para otimizar o projeto de um ou mais componentes elétricos de um sistema de energia de turbina eólica, o sistema compreendendo:
  • - um controlador que compreende pelo menos um processador, o processador configurado para executar uma pluralidade de operações, a pluralidade de operações compreendendo:
  • - coletar dados relativos a um ou mais parâmetros do um ou mais componentes elétricos;
  • - realizar uma análise estatística dos dados relativos a um ou mais parâmetros do um ou mais componentes elétricos, a análise estatística compreendendo, pelo menos, uma probabilidade combinada;
  • - prever o comportamento futuro do um ou mais componentes elétricos com base na análise estatística;
  • - dimensionar o um ou mais componentes elétricos usando o comportamento futuro previsto de modo a minimizar as margens de projeto do um ou mais componentes elétricos; e
  • - instalar o sistema de energia de turbina eólica de acordo com o dimensionamento de modo a otimizar pelo menos uma característica do um ou mais componentes elétricos.
[076] Cláusula 17. O sistema da cláusula 16, em que o um ou mais componentes elétricos compreende pelo menos um dentre um gerador, um conversor de energia, um transformador, um mecanismo de comutação, cabos ou cabeamento, um sistema de inclinação ou um sistema de desvio de direção.
[077] Cláusula 18. O sistema das cláusulas 16 a 17, em que a pelo menos uma característica do um ou mais componentes elétricos compreendendo pelo menos um dentre potência de saída, confiabilidade, manutenção, capacidade ou taxa de falha.
[078] Cláusula 19. O sistema das cláusulas 16 a 18, compreendendo ainda pelo menos um banco de dados para armazenar os dados, os dados compreendendo pelo menos um dentre dados previstos ou projetados, dados simulados, dados operacionais medidos, dados calculados, dados de frota de turbina ou dados históricos, o um ou mais parâmetros compreendendo pelo menos um dentre tensão, corrente, temperatura, tempo e/ ou combinações ou funções dos mesmos.
[079] Cláusula 20. O sistema da cláusula 17, compreendendo ainda uma unidade de geração de energia adicional acoplada ao sistema de energia de turbina eólica ou um sistema de geração de energia híbrido contendo o sistema de energia de turbina eólica para personalizar a expansão de uma curva de capacidade P-Q representativa da operação do uma ou mais componentes elétricos.
[080] Esta descrição por escrito usa exemplos para revelar a invenção, incluindo o melhor modo, e também para permitir que qualquer técnico no assunto pratique a invenção, incluindo a fabricação e uso de quaisquer dispositivos ou sistemas e a execução de quaisquer métodos incorporados. O escopo patenteável da invenção é definido pelas reivindicações e pode incluir outros exemplos que ocorram aos técnicos no assunto. Esses outros exemplos devem estar dentro do escopo das reivindicações se incluírem elementos estruturais que não diferem da linguagem literal das reivindicações, ou se incluírem elementos estruturais equivalentes com diferenças não substanciais das linguagens literais das reivindicações.

Claims (15)

  1. MÉTODO PARA OPERAR UM SISTEMA DE ENERGIA DE TURBINA EÓLICA CONECTADO A UMA REDE ELÉTRICA, o sistema de energia de turbina eólica tendo um ou mais componentes elétricos, caracterizado pelo método compreender:
    • - coletar dados relativos a um ou mais parâmetros do um ou mais componentes elétricos;
    • - realizar uma análise estatística dos dados relativos a um ou mais parâmetros do um ou mais componentes elétricos;
    • - prever o comportamento futuro do um ou mais componentes elétricos com base na análise estatística;
    • - determinar pontos de referência para o um ou mais componentes elétricos usando o comportamento futuro previsto; e
    • - operar o sistema de energia de turbina eólica nos pontos de referência determinados para o um ou mais componentes elétricos, de modo a otimizar pelo menos uma característica do um ou mais componentes elétricos.
  2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por dito um ou mais componentes elétricos compreender pelo menos um dentre um gerador, um conversor de energia, um transformador, um mecanismo de comutação, cabos ou cabeamento, um sistema de inclinação ou um sistema de desvio de direção.
  3. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado pelos dados compreenderem pelo menos um dentre dados previstos ou projetados, dados simulados, dados operacionais medidos, dados calculados, dados de frota de turbina ou dados históricos, os dados sendo armazenados em pelo menos um banco de dados, o um ou mais parâmetros compreendendo pelo menos um dentre tensão, corrente, temperatura, tempo e/ ou combinações ou funções dos mesmos.
  4. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelos dados serem armazenados em uma pluralidade de bancos de dados, em que a coleta dos dados relativos ao um ou mais parâmetros do um ou mais componentes elétricos compreende ainda coletar os dados relativos ao um ou mais parâmetros do um ou mais componentes elétricos a partir da pluralidade de bancos de dados.
  5. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pela análise estatística compreender pelo menos um dentre: uma probabilidade individual, uma probabilidade combinada, uma média, um valor atípico (outlier), um desvio padrão ou combinações dos mesmos.
  6. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pela probabilidade individual ou a probabilidade combinada compreender pelo menos um dentre: uma probabilidade do um ou mais componentes elétricos operar em um determinado intervalo, uma probabilidade de um ou mais determinados eventos ocorrer no um ou mais componentes elétricos ou uma probabilidade de uma ou mais determinadas condições ocorrer no um ou mais componentes elétricos.
  7. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo sistema de energia de turbina eólica ser parte de um parque eólico que compreende uma pluralidade de sistemas de energia de turbina eólica, o método compreendendo ainda:
    • - maximizar, por meio de um controlador de nível de parque que distribui demandas de energia real e/ou de energia reativa de forma diferente através da pluralidade de sistemas de energia de turbina eólica, uma capacidade de cada um da pluralidade de sistemas de energia de turbina eólica no parque eólico dependendo da probabilidade individual ou da probabilidade combinada para sistemas de energia de turbina eólica específicos da pluralidade de sistemas de energia de turbina eólica de modo a otimizar a potência de saída do parque eólico.
  8. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pela aplicação da análise estatística aos dados relativos ao um ou mais parâmetros do um ou mais componentes elétricos compreender ainda:
    • - determinar uma primeira probabilidade do um ou mais componentes elétricos operar em um primeiro intervalo ou um primeiro evento ocorrer no um ou mais componentes elétricos;
    • - determinar uma segunda probabilidade do um ou mais componentes elétricos operar em um segundo intervalo ou um segundo evento ocorrer no um ou mais componentes elétricos; e
    • - multiplicar a primeira e a segunda probabilidades do primeiro e do segundo eventos juntos para obter a probabilidade combinada.
  9. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado por dita pelo menos uma característica do um ou mais componentes elétricos compreender pelo menos uma dentre potência de saída, confiabilidade, manutenção, capacidade ou taxa de falha.
  10. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por compreender ainda otimizar a pelo menos uma característica do um ou mais componentes elétricos, permitindo aumentos ou diminuições na pelo menos uma característica do um ou mais componentes elétricos com base na análise estatística.
  11. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado por compreender ainda:
    • - estimar a probabilidade de operação do um ou mais componentes elétricos ao longo de uma curva de capacidade P-Q usando os dados;
    • - determinar os pontos de referência para o um ou mais componentes elétricos usando a probabilidade de operação do um ou mais componentes elétricos ao longo da curva de capacidade P-Q.
  12. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por compreender ainda otimizar a potência de saída do sistema de energia de turbina eólica usando a probabilidade de operação do um ou mais componentes elétricos ao longo da curva de capacidade P-Q.
  13. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 12, caracterizado por compreender ainda:
    • - derivar dados de região a partir dos dados coletados relativos ao um ou mais parâmetros do um ou mais componentes elétricos; e
    • - gerar uma ou mais curvas de capacidade P-Q região-específicas com base nos dados de região.
  14. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 13, caracterizado por compreender ainda personalizar a expansão da curva de capacidade P-Q acoplando uma unidade de geração de energia adicional com pelo menos um dentre o sistema de energia de turbina eólica ou um sistema de geração de energia híbrido contendo o sistema de energia de turbina eólica.
  15. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 14, caracterizado por compreender ainda:
    • - adquirir dados relativos à redução de capacidade do sistema de energia de turbina eólica devido exclusivamente ao aumento da demanda VAR da rede elétrica; e
    • - converter os dados em uma redução de rendimento para o sistema de energia de turbina eólica devido a reduções de capacidade relacionadas ao VAR.
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