BR112012031520B1

BR112012031520B1 - método e aparelho para alimentar uma corrente trifásica desequilibrada a um sistema de voltagem de ca trifásica, e, instalação de energia eólica

Info

Publication number: BR112012031520B1
Application number: BR112012031520A
Authority: BR
Inventors: Adloff Stephan
Original assignee: Wobben Properties Gmbh
Priority date: 2010-06-10
Filing date: 2011-06-10
Publication date: 2020-02-04
Also published as: AR081869A1; US20130141951A1; PL2580835T3; WO2011154532A3; NO2580835T3; ZA201209714B; JP5844803B2; KR101465372B1; EP2580835A2; JP2013528350A; CA2801820A1; PT2580835T; RU2013100172A; NZ605227A; ES2637275T3; CN103125059A; US9413267B2; WO2011154532A2; CA2801820C; BR112012031520A2

Abstract

método e aparelho para alimentar uma corrente trifásica desequilibrada a um sistema de voltagem de ca trifásica, e, instalação de energia eólica a presente invenção se refere a um método para alimentar uma corrente trifásica desequilibrada a um sistema de voltagem de ca trifásica, compreendendo as etapas de: produzir um sistema de sequência de fase positiva para a corrente a ser alimentada, produzir um sistema de sequência de fase negativa para a corrente a ser alimentada,sobrepor o sistema de sequência de fase positiva e o sistema de sequência de fase negativa para formar a corrente a ser alimentada e alimentar a corrente composta desta maneira ao sistema de voltagem de ca trifásica.

Description

MÉTODO E APARELHO PARA ALIMENTAR UMA CORRENTE TRIFÁSICA DESEQUILIBRADA A UM SISTEMA DE VOLTAGEM DE CA TRIFÁSICA, E, INSTALAÇÃO DE ENERGIA EÓLICA [001] A presente invenção se refere a um método para alimentar uma corrente trifásica desequilibrada em um sistema de voltagem de CA trifásica. A presente invenção também se refere a um correspondente aparelho para alimentar uma corrente desequilibrada em um sistema de voltagem de CA trifásica e a uma instalação de energia eólica provida com tal aparelho.

[002] Energia elétrica é amplamente distribuída em um sistema de voltagem de CA trifásica, em particular a partir de produtores de energia, tais como grandes estações de energia, instalações de energia eólica ou similares, para o consumidor. Em particular, os consumidores se adaptam neste caso a um sistema de voltagem de CA que tem propriedades particulares. Essas incluem uma frequência e fase particulares das voltagens individuais, a amplitude de voltagem de cada fase e finalmente também um certo equilíbrio do sistema de voltagem de CA. Cada fase do sistema trifásico tem idealmente, por exemplo, para o sistema de rede interconectado Europeu, um valor de raiz quadrada média da voltagem de 235 V, uma frequência de 50,0 Hz e um ângulo de fase com relação a outras duas fases de 120° e 240°. O cumprimento de tais propriedades é uma exigência importante e desvios são somente permissíveis em certos limites. Desvios excessivos podem tanto ameaçar a estabilidade do respectivo sistema de voltagem de CA trifásica quanto causar dano no caso de consumidores sensíveis.

[003] Para assegurar que as propriedades requeridas sejam cumpridas, em particular para assegurar que o sistema de voltagem de CA trifásico esteja equilibrado, os produtores de energia, em particular grandes estações de energia, alimentam este sistema de voltagem de CA de uma maneira equilibrada. Grandes consumidores, tais como fabricas com grandes máquinas, devem assegurar que o sistema de voltagem de CA não seja

Petição 870190085124, de 30/08/2019, pág. 11/74 / 19 carregado de uma maneira desequilibrada, ou seja carregado de uma maneira desequilibrada somente até uma extensão muito pequena.

[004] Para os pequenos consumidores, é assumido que esses, no total, carregam o sistema de voltagem de CA substancialmente somente de uma maneira equilibrada somente por razoes de estatísticas.

[005] Não obstante, pode ocorrer a situação na qual existe um carregamento desequilibrado ou possivelmente alimentação desequilibrada. Um sistema desequilibrado pode ser o resultado, pelo menos em seções. Neste caso, é desejável ou até mesmo necessário - dependendo da severidade do desequilíbrio - compensar o desequilíbrio no sistema de voltagem de CA. Grandes estações de energia podem frequentemente não executar tal compensação, porque elas frequentemente alimentam o sistema por meio de um gerador síncrono que é diretamente acoplado ao sistema de voltagem de CA. É virtualmente impossível intervir individualmente nas fases individuais do gerador síncrono durante a operação e se requerido.

[006] No caso de alimentação por uma instalação de energia eólica por meio de um conversor completo, seria concebível, em princípio, pré-definir, produzir e alimentar em uma corrente alternada trifásica desequilibrada, se o conversor completo usado tem uma tal capacidade. Em um tal caso, cada ramo de ponte do conversor completo alimenta uma quantidade diferente de corrente no sistema de voltagem de CA.

[007] Tal alimentação de diferentes correntes pode resultar em uma carga desuniforme e possivelmente cargas excessivamente grandes. Se o conversor completo é operado até o limite de energia permissível e alimenta o sistema de uma maneira desequilibrada neste caso, isto pode significar que o limite de carga para um ramo de ponte individual é excedido. O elevado envelhecimento dos componentes ou até mesmo um mau funcionamento agudo pode, por conseguinte, ser esperado.

[008] Por conseguinte, a presente invenção é baseada no objetivo de eliminar

Petição 870190085124, de 30/08/2019, pág. 12/74 / 19 ou reduzir pelo menos um dos problemas acima mencionados. Em particular a intenção é a de prover uma solução para a compensação, ou a compensação parcial, de uma situação desequilibrada em um sistema de voltagem de CA trifásico, em cujo caso pretende-se que pelo menos um dos problemas acima mencionados seja evitado ou reduzido. A intenção é preferivelmente propor uma solução para alimentar uma corrente alternada trifásica desequilibrada em um sistema de voltagem de CA, ao mesmo tempo em que evita pelo menos um dos problemas acima mencionados. A intenção é a de pelo menos propor uma solução alternativa.

[009] A invenção propõe um método para alimentar uma corrente trifásica desequilibrada a um sistema de voltagem de CA trifásica de acordo com a reivindicação 1.

[0010] A invenção é baseada no conhecimento que um sistema de voltagem de CA trifásica desequilibrada pode, em princípio, ser representado por um componente de sistema de sequência de fase positiva e um componente de sistema de sequência de fase negativa. O método de componentes simétricos para executar análise simplificada de uma falha desequilibrada em um sistema trifásico, ou seja, um sistema de CA trifásico, é conhecido, em princípio, da engenharia elétrica. Neste caso, um sistema de assim chamados fasores é dividido em sistemas de sequências de fase positiva, sistemas de sequência de fase negativa e sistemas de sequências de fases zero.

[0011] O sistema de sequências de fase positiva, que pode também ser referido como o componente de sistema de sequência de fase positiva, tem a mesma direção de rotação que o sistema original. O sistema de sequência de fase negativa, que pode também ser referido como o componente de sistema de sequência de fase negativa, tem uma direção oposta ao sistema original. Ele fundamentalmente compensa o desvio dos fasores a partir do deslocamento de fase de 120° convencional. O sistema de sequências de fase

Petição 870190085124, de 30/08/2019, pág. 13/74 / 19 positiva, como tal, e também o sistema de sequência de fase negativa, como tal, é, cada um, equilibrado por si.

[0012] O sistema de sequências de fases zero denota um sistema no qual todos os fasores têm a mesma direção e o mesmo comprimento. Este sistema de sequências de fase zero compensa qualquer desvio da adição do sistema original a partir de zero. Todavia, no presente caso, foi reconhecido que é frequentemente possível dispensar um sistema de sequências de fases zero ou um componente de sistema de sequências de fases zero. Em qualquer caso, uma modalidade propõe dispensar um sistema de sequências de fases zero.

[0013] A teoria subjacente dos componentes simétricos foi até agora usado para analisar e descrever um sistema trifásico desequilibrado. O sistema de sequência de fase positiva e o sistema de sequência de fase negativa podem assim ser descritos, cada um, por magnitude e fase. Outra análise é possível com esses valores.

[0014] É agora proposto produzir tanto um sistema de sequência de fase positiva quanto um sistema de sequência de fase negativa e sobrepor os sistemas de sequência de fase positiva e negativas, produzidos desta maneira para formar o desejado sistema desequilibrado a ser alimentado à, mais especificamente, em particular, corrente alternada trifásica desequilibrada. A corrente total trifásica desequilibrada assim produzida a partir de sobreposição pode então ser alimentada ao sistema de voltagem de CA trifásica.

[0015] É agora possível produzir um sistema de sequência de fase positiva com a ajuda de um módulo de inversor trifásico. Somente uma tarefa padrão é, portanto, colocada para este módulo de inversor trifásico, mais especificamente aquela de produzir uma corrente alternada trifásica equilibrada. Uma vez que este módulo de inversor produz somente uma corrente alternada trifásica equilibrada, problemas como um resultado de qualquer carregamento desequilibrado ou sobrecarregamento de um ramo de

Petição 870190085124, de 30/08/2019, pág. 14/74 / 19 pode não podem resultar.

[0016] Outro módulo de inversor pode produzir um sistema de sequência de fase negativa. Somente uma tarefa padrão de produzir uma corrente alternada trifásica equilibrada é também assim colocada para este módulo de inversor.

[0017] Este sistema de sequência de fase positiva e o sistema de sequência de fase negativa podem ser simplesmente sobrepostos por meio da conexão de cada uma das respectivas fases a um nó comum. Isto pode ser realizado a montante ou a jusante de um indutor de saída.

[0018] Os dois módulos de inversor podem ter componentes parcialmente comuns. No caso de um respectivo módulo de inversor que usa um circuito intermediário de voltagem de CC, em particular, um circuito intermediário de voltagem de CC comum e, por conseguinte, também um ou mais retificadores comuns para alimentar energia elétrica ao circuito intermediário de voltagem de CC podem ser usados para ambos os módulos de inversor.

[0019] O exemplo de um módulo de inversor para o sistema de sequência de fase positiva e um módulo de inversor para o sistema de sequência de fase negativa é uma modalidade que é também altamente apropriada para a explicação de um conceito fundamental.

[0020] Outras modalidades propõem o uso de mais que dois módulos de inversor, mais especificamente, o uso de um segundo módulo de inversor pelo menos para o sistema de sequência de fase positiva ou para o sistema de sequência de fases negativas. Um grande número de módulos de inversor é preferivelmente usado. O requerido sistema de sequência de fase positiva e o requerido sistema de sequência de fase negativa são calculados para a corrente alternativa trifásica desequilibrada a ser produzida. Dependendo da amplitude dos respectivos sistemas, um número correspondentemente grande de módulos de inversor é usado para produzir o sistema de sequência de fase

Petição 870190085124, de 30/08/2019, pág. 15/74 / 19 positiva e um número correspondentemente grande de módulos de inversor é usado para produzir o sistema de sequência de fase negativa. É assim possível usar uma pluralidade de módulos de inversor com as mesmas dimensões. A amplitude do sistema de sequência de fase positiva e do sistema de sequência de fase negativa é então somente atingida pelo número de módulos de inversor com as mesmas dimensões usadas. Divisão substancialmente uniforme pode ser obtida, como um resultado.

[0021] O respectivo sistema de sequência de fase positiva é, por conseguinte, composto de uma pluralidade de subsistemas de sequência de fase positiva, e/ou o sistema de sequência de fase negativa é correspondentemente composto de uma pluralidade de subsistemas de sequência de fase negativa. Os subsistemas de sequência de fase positiva e negativas são, cada um, produzidos por um módulo de inversor e são então sobrepostos. Durante a sobreposição, os subsistemas de sequência de fase positiva podem ser, em primeiro lugar, sobrepostos para formar o sistema de sequência de fase positiva e/ou o subsistema de sequência de fase negativa pode ser sobrepostos para formar o sistema de sequência de fase negativa a fim de então ser sobrepostos conjuntamente para formar a corrente alternada trifásica desequilibrada, ou os subsistemas de sequência de fase positiva e negativas são todos sobrepostos conjuntamente para formar a corrente alternada trifásica desequilibrada total a ser alimentada.

[0022] As respectivas fases e amplitudes dos sistemas de sequência de fase positiva, se apropriado, dos subsistemas de sequência de fase positiva, do sistema de sequência de fase negativa e/ou, se apropriado, dos subsistemas de sequência de fase negativa são preferivelmente pré-definidas por uma unidade central comum. Uma tal unidade central pode dividir computacionalmente a corrente alternada trifásica desequilibrada a ser alimentada aos sistemas de sequência de fase positiva e sistemas de sequência de fase negativa a serem providos e produzidos, se apropriados, também para a ulterior subdivisão em

Petição 870190085124, de 30/08/2019, pág. 16/74 / 19 subsistemas de sequência de fases positivas e negativas. A unidade central que é usualmente provida com a informação relativa aos módulos de inversor disponíveis - pode, portanto, realizar divisão total e pode, assim, assegurar que a corrente alternativa trifásica, desequilibrada, é fundamentalmente composta de uma multiplicidade de componentes de corrente trifásicos identicamente equilibrados. Neste caso, a unidade central preferivelmente leva em conta a energia ativa total disponível dos módulos de inversor disponíveis. Quando da alimentação de energia elétrica ou energia obtida por uma instalação de energia eólica, em particular, a amplitude desta energia ou potência pode ser detectada e a corrente a ser produzida pode ser correspondentemente dividida.

[0023] Um aparelho preparado para isto também facilmente torna possível controlar alimentação equilibrada, isto é, alimentação que não é de acordo com a invenção. Neste caso, somente um sistema de sequência de fase positiva e nenhum sistema de sequência de fase negativa precisaria ser produzido.

[0024] Todos os subsistemas de sequência de fase positiva preferivelmente têm as mesmas fases e/ou amplitudes, e/ou todos os subsistemas de sequência de fase negativa, por sua vez, têm as mesmas fases e amplitudes.

[0025] Isto permite a divisão uniforme, que minimiza quaisquer cargas sobre os componentes usados e torna possível simplificar tanto o cálculo quanto a produção.

[0026] Um método é preferivelmente proposto, que é caracterizado pelo fato de que o sistema de sequência de fase positiva e o sistema de sequência de fase negativa são produzidos, cada um, por pelo menos um módulo de inversor separado, e/ou um ou a unidade de controle central pré-define com o módulo e inversor ou qual dos módulos de inversor produz(em) um sistema de sequência de fase positiva e qual módulo de inversor ou qual dos módulos

Petição 870190085124, de 30/08/2019, pág. 17/74 / 19 de inversor produz(em) um sistema de sequência de fase negativa.

[0027] Como um resultado do fato de que tanto o sistema de sequência de fase positiva quanto o sistema de sequência de fase negativa são produzidos, cada um, por pelo menos um módulo de inversor separado, cada módulo de inversor pode ser restrito à produção de uma corrente alternativa trifásica equilibrada, a unidade de controle preferivelmente pré-define que módulo de inversor ou quais dos módulos de inversor produz(em) um sistema de sequência de fase positiva e qual módulo de inversor ou quais dos módulos de inversor produz(em) um sistema de sequência de fase negativa. Isto também significa que os módulos de inversor usados não são atados à produção de um sistema de sequência de fase positiva ou à produção de um sistema de sequência de fase negativa. Em vez disso, um número diferente de módulos de inversor pode ser usado para produzir um sistema de sequência de fase positiva e igualmente um número diferente de módulos de inversor pode ser usado respectivamente para produzir um sistema de sequência de fase negativa, se requerido.

[0028] O uso de um ou mais módulos de inversor é preferivelmente alterado, se as exigências se aliterarem. Por conseguinte, um módulo de inversor de exemplo pode produzir em primeiro lugar um sistema de sequência de fase positiva e pode posteriormente se alterar para produzir um negativo ou vice-versa.

[0029] A invenção também propõe um aparelho para alimentar uma corrente trifásica desequilibrada a um sistema de voltagem de CA trifásica de acordo com a reivindicação 6. Um tal aparelho compreende pelo menos um primeiro módulo de inversor para produzir um sistema de sequência de fase positiva para a corrente a ser alimentada e um segundo módulo de inversor para a produção de um sistema de sequência de fase negativa para a corrente a ser alimentada. Os dois módulos de inversor são acoplados de uma tal maneira que o sistema de sequência de fase positiva é sobreposto ao sistema

Petição 870190085124, de 30/08/2019, pág. 18/74 / 19 de sequência de fase negativa para formar uma corrente a ser alimentada, mais especificamente, uma corrente total a ser alimentada. Para esta finalidade, as saídas de corrente, em particular, dos módulos de inversor, são correspondentemente conectadas. Isto pode ser provido a montante ou a jusante de um indutor.

[0030] O primeiro módulo de inversor pode preferivelmente ser assistido por outros módulos de inversor quando da produção do sistema de sequência de fase positiva, e o segundo módulo de inversor pode ser assistido por outros módulos de inversor quando da produção do sistema de sequência de fase negativa.

[0031] O pelo menos um primeiro módulo de inversor e o pelo menos um segundo módulo de inversor são preferivelmente acoplados através de um circuito intermediário de voltagem de CC comum, a fim de produzir o respectivo sistema de sequência de fase positiva ou sistema de sequência de fase negativa a partir do circuito intermediário de voltagem de CC comum. A este respeito, diferentes módulos de inversor produzem diferentes componentes da corrente trifásica desequilibrada a ser alimentada, mas usam uma fonte em comum. Em particular, um tal circuito intermediário de voltagem de CC comum pode ser alimentado por uma fonte comum, por exemplo, uma instalação fotovoltaica ou uma instalação de energia eólica, ou a corrente produzida por um gerador de uma instalação de energia eólica. Isto também tem a vantagem que alterações na produção do sistema de sequência de fase positiva e do sistema de sequência de fase negativa fundamentalmente não têm nenhum efeito sobre o circuito intermediário de voltagem de CC e assim sobre a fonte a montante que alimenta o último. Pelo menos um dos módulos de inversor pode também se novamente classificado, mais especificamente, produzindo um subsistema de sequência de fase positiva, em lugar de um subsistema de sequência de fase negativa ou vice-versa, sem isto ter que afetar a fonte que alimenta o circuito intermediário de voltagem de

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CC.

[0032] Uma modalidade preferida é assim que pelo menos um do pelo menos primeiro módulo de inversor e/ou do pelo menos segundo módulo de inversor é preparado para produzir ou um sistema de sequência de fase positiva ou uma parte do último, ou um sistema de sequência de fase negativa ou uma parte do último.

[0033] Um aparelho é preferivelmente provido, que é caracterizado pelo fato de que uma unidade de controle central é provida para a finalidade de pré-definir valores desejados para a magnitude e fase para produzir o respectivo sistema de sequência de fase negativa ou o sistema de sequência de fases positiva e/ou para a finalidade de determinar qual do primeiro e segundo módulos de inversor é usado para produzir um sistema de sequência de fases positiva e qual é usado para produzir um sistema de sequência de fase negativa.

[0034] Um aparelho conjuntamente controlado que, não obstante, provê diferentes componentes de corrente que são sobrepostos para alimentação pode assim ser provido de uma maneira simples e eficiente.

[0035] Um sistema de barramento é provido para comunicação entre os módulos de inversor e, se apropriado, para comunicação com a unidade de controle central. Como um resultado, dado pode ser facilmente intercambiado entre os módulos de inversor individuais e a unidade de controle central para controlar os componentes individuais e para obter um comportamento, sobretudo mutuamente conjugado do aparelho. Um tal sistema de barramento de dado é também vantajoso quando uma multiplicidade de módulos de inversor é provida, e os módulos de inversor possivelmente não são acomodados no mesmo alojamento. Por exemplo, uma multiplicidade de módulos de inversor pode ser provida na base da torre de uma instalação de energia eólica, módulos estes que têm um circuito intermediário de voltagem de CC comum, em particular um circuito intermediário de voltagem de CC

Petição 870190085124, de 30/08/2019, pág. 20/74 / 19 que é na forma de uma assim chamada barra de barramento. Se interstícios são providos entre os módulos de inversor individuais, isto pode ser vantajoso para o resfriamento dos módulos. Quando também da substituição ou manutenção de um módulo de inversor, o último pode ser facilmente desconectado do circuito intermediário de voltagem de CC e também a partir do barramento de dado, e um módulo de substituição ou o módulo no qual manutenção foi realizada pode ser usado neste ponto. Isto permite uma estrutura modular e, não obstante, controle central do aparelho de alimentação total.

[0036] Um tal projeto modular também torna possível prover módulos de inversor idênticos para alimentar aparelhos que têm diferentes potências totais. Essas diferentes potências totais - por exemplo, para uso em instalações de energia eólica de diferentes tamanhos - podem ser facilmente obtidas por meio da provisão do número correspondente de módulos de inversor.

[0037] Uma instalação de energia eólica que tem um aparelho de acordo com a invenção para alimentar uma corrente trifásica desequilibrada é preferivelmente proposta. Uma tal instalação de energia eólica tem, em particular, um rotor com um cubo de rotor e uma ou mais pás de rotor a fim de converter vento em um movimento rotacional do rotor. Um gerador elétrico, em particular um gerador síncrono, é também provido e tem um rotor eletromagnético que é acionado pelo rotor aerodinâmico acima descrito a fim de produzir corrente elétrica. Esta corrente elétrica é usada, depois de correspondente conversão, para ser alimentada no sistema de voltagem de CA usando o aparelho de alimentação. Para esta finalidade, a corrente produzida pelo gerador, por exemplo, pode ser retificada e alimentada a um circuito intermediário de voltagem de CC, ao qual módulos de inversor são conectados, para executar a operação de alimentação. O aparelho é preferivelmente disposto dentro ou sobre uma torre de uma instalação de

Petição 870190085124, de 30/08/2019, pág. 21/74 / 19 energia eólica, sobre a qual os descritos rotor e gerador são dispostos e suportados.

[0038] A vantagem particular de usar uma instalação de energia eólica que tem um aparelho de acordo com a invenção para alimentar uma corrente trifásica desequilibrada em um sistema de voltagem de CA trifásica é que desequilíbrios podem ocorrer, em particular, em seções descentralizadas de um sistema de voltagem de CA. O uso de uma instalação de energia eólica torna igualmente possível preparar o último de uma maneira descentralizada e assim reagir contra um desequilíbrio nesta seção de sistema descentralizada de uma maneira intencional.

[0039] Para o restante, a prática de remover energia elétrica a partir de um sistema de voltagem de CA que tem um desequilíbrio e converter a referida energia em uma corrente trifásica desequilibrada que reage contra o dito desequilíbrio é também levada aqui em consideração. Uma instalação de energia eólica pode assim contribuir para equilíbrio de um desequilíbrio em um sistema de voltagem de CA, se requerido, mesmo no caso de condições calmas.

[0040] A presente invenção é também provida, em particular, para a finalidade de implementar exigências demandadas por diretrizes, tais como a diretriz técnica “BDEW, Technische Richtlinie Erzeugungsanlagen am Mittelspannungsnetz, Richtlinie für Anschluss und Parallelbetrieb von Erzeugungsanlagen am Mittelspannungsnetz, Junho de 2008” [BDEW (Federação Alemã de Energia e Indústrias Aquáticas), Diretriz técnica para a produção de instalações no sistema de média voltagem, diretriz para conexão e operação paralela de instalações de produção no sistema de média voltagem, junho de 2008]. A invenção é igualmente destinada para operar de acordo com diretrizes de alimentação e, em particular, demandas recentes impostas sobre a qualidade de sistema por tais diretrizes. Isto também se refere, em particular, à regulação de serviços de sistemas providos por instalações de

Petição 870190085124, de 30/08/2019, pág. 22/74 / 19 energia eólica, 10 de julho de 2009.

[0041] De acordo com uma modalidade, o aparelho de acordo com a invenção para alimentar uma corrente trifásica desequilibrada forma uma unidade de produção ou parte de uma unidade de produção no sentido da diretriz da BDEW de média voltagem.

[0042] A presente invenção é explicada em mais detalhe abaixo, a título de exemplo, usando modalidades de exemplo e com referência às figuras anexas, nas quais:

figura 1 mostra esquematicamente uma estrutura de uma unidade de produção de acordo com a presente invenção;

figuras 2a a 2c explicam a composição de uma corrente alternativa trifásica desequilibrada (figura 2c) a partir de um sistema de sequência de fase positiva (figura 2a) e um sistema de sequência de fase negativa (figura 2b);

figura 3 mostra esquematicamente um conversor completo que tem uma pluralidade de módulos de conversor de acordo com a presente invenção.

[0043] A unidade de produção 1 de acordo com a ilustração esquemática na figura 1 compreende uma seção de conversão de energia 2 que obtém energia elétrica a partir de outra forma de energia. Por exemplo, uma instalação de energia eólica pode ser usada para converter energia do vento para corrente elétrica através de um rotor aerodinâmico e um gerador elétrico. Uma transmissão pode ser provida entre o rotor aerodinâmico e o gerador elétrico, transmissão esta que não é importante no presente caso. Uma célula solar que pode obter energia elétrica a partir de radiação solar pode ser mencionada como um outro exemplo para obtenção de energia elétrica a partir de outra forma de energia.

[0044] A fim de preparar esta energia elétrica obtida na seção de

Petição 870190085124, de 30/08/2019, pág. 23/74 / 19 conversão de energia 2 para alimentação a um sistema de voltagem de CA elétrica, um conversor completo 4 é provido. A energia elétrica inteira obtida pela seção de conversão de energia 2 é fundamentalmente passada através deste conversor completo 4 a fim de ser alimentada no sistema de voltagem de CA. Neste caso, o conversor completo produz, de acordo com a invenção, pelo menos um sistema de sequência de fase positiva e pelo menos um sistema de sequência de fase negativa que são sobrepostos no ponto de referência 6 para então ser alimentados ao sistema na forma de uma corrente total desequilibrada comum. Um bloco de alimentação de sistema 8 é mostrado para a ilustração, para esta finalidade.

[0045] Nas unidades de produção, tais como a unidade de produção 1, com o conversor completo segunda unidade de filtro 4, o comportamento de alimentação é caracterizado pelo conversor ou conversor completo. A maneira na qual a operação de alimentação é realizada, por exemplo, em termos de energia ativa/reativa e ângulo de fase, é determinada por semicondutores de energia de acionamento contidos no conversor. Alimentação de energia desequilibrada poderia ser obtida por alimentação de corrente desequilibrada. Em um tal caso, a corrente que foi alimentada consiste, de acordo com a invenção, de um sistema de sequência de fase positiva e de um sistema de sequência de fase negativa, que resulta em uma corrente total desequilibrada da unidade de produção.

[0046] A produção da corrente alternada trifásica desequilibrada a ser alimentada é explicada usando diagramas de fasor nas figuras 2a a 2c. Por simplicidade, esta explicação é baseada em uma corrente total trifásica desequilibrada composta de um sistema de sequência de fase positiva e um sistema de sequência de fase negativa. O sistema de sequência de fase positiva é ilustrado na figura 2a. O último mostra a amplitude e fase das três correntes Ium, IL2m e IL3m. a frequência angular do sistema de fasor ilustrado é indicada por ω. A frequência angular ω resulta em uma sequência de fases

Petição 870190085124, de 30/08/2019, pág. 24/74 / 19 iLim, lL2m e lL3m· As fases entre as três correntes ÍL1m, ÍL2m e lL3m são 120° e 240°, respectivamente. As amplitudes das três correntes iLim, ÍL2m e ÍL3m são as mesmas. A este respeito, existe uma corrente trifásica equilibrada.

[0047] O sistema de sequência de fase negativa de acordo com a figura 2b mostra três fasores para as três correntes ÍLig, ÍL3g e ÍL2g, que têm igualmente um ângulo de fase de 120° e 240° e têm, cada, a mesma amplitude. A frequência angular é também indicada por ω para o sistema de sequência de fase negativa. O sistema de sequência de fase negativa é assim também equilibrado.

[0048] Pelo menos duas correntes trifásicas equilibradas são, portanto, produzidas.

[0049] O sistema global resulta então da sobreposição do sistema de sequência de fase positiva e do sistema de sequência de fase negativa. isto significa que as correntes de uma fase de ambos os sistemas são adicionadas em cada caso. O sistema sobreposto desta maneira está ilustrado na figura 2c. os fasores Il1, Il2 e Il3 representam as três correntes da resultante corrente total trifásica sobreposta não equilibrada. O fasor Il1, portanto, resulta a partir da adição vetorial do fasor ÍL1m do sistema de sequência de fase positiva de acordo com a figura 2a e o fasor ÍL1g de acordo com o sistema de sequência de fase negativa na figura 2b. ÍL2m e ÍL2g são, correspondentemente, adicionados para formar Il2 e ÍL3m e ÍL3g são adicionais para formar Il3. isto está ilustrado na figura 2c. A rotação deste sistema total desequilibrado é também dado por ω. A rotação ω é a mesma para o sistema de sequência de fase positiva de acordo com a figura 2a, o sistema de sequência de fase negativa de acordo com a figura 2b e a corrente total de acordo com a figura 2c.

[0050] Por conseguinte, pode ser visto a partir da figura 2c que uma corrente total desequilibrada tridimensional resulta a partir da sobreposição das duas correntes equilibradas trifásicas.

[0051] Para produzir uma corrente total Il1, Il2 e Il3 ilustrada na figura

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2c, um conversor completo, que não tem uma estrutura modular e tem uma ponte de inversor disponível para cada fase, por exemplo, deveria que permitir suas válvulas, em particular interruptores semicondutores, para ser acionado de uma maneira desequilibrada quando da alimentação em uma corrente desequilibrada. Todavia, mesmo no caso de um conversor completo que tem uma estrutura modular e tem uma pluralidade de módulos de inversor que, cada, produzem separadamente uma corrente trifásica, uma corrente total desequilibrada pode ser produzida em virtude de cada módulo de inversor produzir uma corrente parcial desequilibrada e todas as correntes parciais desequilibradas produzidas sendo sobrepostas para formar a corrente total desequilibrada. em particular, cada módulo de inversor poderia produzir uma corrente parcial desequilibrada que corresponde à corrente total desequilibrada em termos de fase e ângulo de fase, mas tem menores amplitudes.

[0052] Todavia, no caso de um conversor completo com uma estrutura modular, não é necessário acionar as válvulas ou interruptores semicondutores de uma maneira desequilibrada. Ao invés disto, cada módulo de conversor pode alimentar em uma corrente equilibrada em virtude da alimentação de corrente total não ser uniformemente dividida entre os módulos de conversor. Em vez disso, a invenção provê uma característica de alimentação a ser definida, em que, dependendo do desequilíbrio requerido, um número particular de módulos de conversor alimenta em um sistema puramente de sequência de fase positiva, isto é, uma pura corrente de sistema de sequência de fase positiva, isto é, uma corrente trifásica de acordo com a figura 2a, enquanto os outros módulos alimentam em um puro sistema de sequência de fase negativa, isto é, uma corrente de puro sistema de sequência de fase negativa, isto é, uma corrente trifásica de acordo com a figura 2a. tal divisão é ilustrada na figura 3. Os módulos de conversor mostrados formam módulos de inversor, como descrito acima, ou os módulos de conversor podem também

Petição 870190085124, de 30/08/2019, pág. 26/74 / 19 ser referidos como módulos de inversor.

[0053] A figura 3 mostra um circuito intermediário de voltagem de CC comum Zk, ao qual uma multiplicidade de módulos de conversor M1, M2 a Mk e Mk+1 a Mn é conectada. Esses módulos de conversor M1 a Mn formam um conversor no sentido do conversor completo 4 de acordo com a figura 1. Os módulos de conversor M1 a Mk produzem, cada, um sistema de sequência de fase positiva, isto é, uma corrente de sistema de sequência de fase positiva. Os outros módulos de conversor Mk+1 a Mn produzem, cada, um sistema de sequência de fase negativa, isto é, uma corrente de sistema de sequência de fase negativa de acordo com a figura 2b. as correntes produzidas desta maneira são sobrepostas no ponto de referência 6 ou antecipadamente, e são então alimentadas na rede de voltagem de CA, como é ilustrado no bloco 8. A sobreposição no ponto de referência da unidade produtora resulta, correspondentemente, em uma corrente total desequilibrada.

[0054] Dependendo do método de controle e, assim, dependendo da modalidade selecionada, os módulos de conversor são acionados aos grupos, mais especificamente um assim chamado grupo de sistema de sequência de fase positiva e um assim chamado grupo de sistema de sequência de fase negativa, a amplitude e o ângulo de fase das respectivas correntes de módulo sendo idênticos dentro de um grupo, ou cada módulo individual é acionado. Neste segundo caso, a amplitude e ângulo de fase podem diferir de módulo de conversor para módulo de conversor.

[0055] Em particular, se os módulos de conversor são acionados aos grupos e uma unidade de controle central é provida e aciona os grupos e possivelmente também classifica os grupos, é possível dividir a potência ou energia a ser alimentada em todos para todos os módulos M1 a Mn de uma maneira substancialmente uniforme, se isto for possível, como um resultado do número existente dos módulos de conversor M1 a Mn.

[0056] A corrente trifásica desequilibrada a ser alimentada pode ser pré

Petição 870190085124, de 30/08/2019, pág. 27/74 / 19 definida por meio de alimentações externas pelo operador do sistema de voltagem de CA, por exemplo, ou a unidade de produção e/ou a unidade de controle central a ser usada, detecta(am) um desequilíbrio no sistema de voltagem de CA e calcula(m) independentemente uma corrente desequilibrada a ser alimentada, a fim de agir contra o desequilíbrio detectado no sistema. [0057] Uma unidade de produção que tem uma instalação de energia eólica é vantajosamente usada. É vantajoso usar uma instalação de energia eólica que tem uma velocidade variável e usa um gerador síncrono. Durante a operação, o gerador síncrono produz uma corrente elétrica que é retificada e é usada para alimentar um circuito intermediário de voltagem de CC, tal como o circuito intermediário de voltagem de CC Zk na figura primeira unidade de filtro 3. Como um resultado, o controle de velocidade da instalação de energia eólica pode ser substancialmente desacoplado a partir da alimentação ao sistema de voltagem de CA elétrico. Uma multiplicidade de módulos de inversor é conectada ao circuito intermediário, módulos de inversor estes que podem recorrer à energia no circuito intermediário e, como descrito, podem produzir correntes de sistema de sequência de fase positiva e correntes de sistema de sequência de fase negativa para a sobreposição para formar a corrente total desequilibrada.

[0058] Se uma pluralidade de módulos de conversor, por exemplo, os módulos de conversor M1 a Mk, produz uma corrente de sistema de sequência de fase positiva, a corrente produzida por um módulo pode ser respectivamente referida como um subsistema de sequência de fase positiva ou corrente de subsistema de sequência de fase positiva. Se uma pluralidade de módulos de conversor, tais como os módulos de conversor Mk1 a Mn, produz uma corrente de sistema de sequência de fase negativa, a corrente de sistema de sequência de fase negativa produzida por cada módulo de conversor pode ser correspondentemente referida como um subsistema de sequência de fase negativa ou corrente de subsistema de sequência de fase

Petição 870190085124, de 30/08/2019, pág. 28/74 / 19 negativa.

[0059] A presente invenção pode, por conseguinte, ser usada no campo de controle de conversor. Um conversor que tem uma estrutura modular e no qual os módulos de conversor podem ser acionados individualmente ou em grupos é preferivelmente usado. A invenção é também usada quando no cumprimento das diretrizes de conexão de sistema, em particular dentro do escopo de alimentação de energia elétrica no sistema público mais especificamente no sistema de voltagem de CA público ou rede de voltagem de CA.

[0060] A finalidade é a de obter alimentação desequilibrada por meio de uma unidade de produção. Tal alimentação desequilibrada por meio de uma unidade de produção também compreende, dentre outros, um conversor completo que tem uma estrutura modular e é usado para alimentar o sistema. Neste caso, a presente invenção é usada para estabilizar o sistema no caso de voltagens de sistema desequilibradas, com uma saída de energia desequilibrada.

[0061] Um método no qual cada módulo de conversor realiza alimentação desequilibrada resulta em carregamento desequilibrado dos dispositivos de operação. A alimentação desequilibrada é desfavorável, possivelmente até mesmo impossível ou não permissível, especialmente para conversores otimizados para alimentação equilibrada, se componentes previamente irrelevantes são redimensionados. Em outras palavras, um inversor inteiramente novo teria que ser projetado. Com a solução proposta, cada módulo de conversor alimenta separadamente em corrente equilibrada. Para os componentes, não existe, por conseguinte, - em qualquer caso em termos de carregamento - nenhuma diferença a partir da operação normal que está presente quando a alimentação é realizada, sobretudo de uma maneira balanceada.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método para alimentar uma corrente trifásica desequilibrada a um sistema de voltagem de CA trifásica por meio de uma instalação de energia eólica, que compreende as etapas de:

- produzir um componente de sistema de sequência de fase positiva para a corrente a ser alimentada,

- produzir um componente de sistema de sequência de fase negativa para a corrente a ser alimentada,

- sobrepor o componente de sistema de sequência de fase positiva e o componente de sistema de sequência de fase negativa para formar a corrente a ser alimentada e alimentar a corrente composta desta maneira no sistema de voltagem de CA trifásica, caracterizado pelo fato de que:

o componente de sistema de sequência de fase positiva e o componente de sistema de sequência de fase negativa são produzidos a partir uma voltagem de CC de um circuito intermediário de voltagem de CC comum, o circuito intermediário de voltagem de CC comum sendo alimentado por uma corrente produzida por uma instalação de energia eólica, em que o componente de sistema de sequência de fase positiva e o componente de sistema de sequência de fase negativa são produzidos, cada um, por pelo menos um módulo de inversor separado, e uma unidade de controle central pré-define qual módulo de inversor ou qual dos módulos de inversor produz(em) um componente de sistema de sequência de fase positiva e qual módulo de inversor ou quais dos módulos de inversor produz(em) um componente de sistema de sequência de fase negativa.
2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o componente de sistema de sequência de fase positiva é composto de uma pluralidade de componentes de subsistema de sequência de fase positiva, e/ou o componente de sistema de sequência de fase negativa é

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2 / 3 composto de uma pluralidade de componentes de subsistema de sequência de fases negativa.
3. Método de acordo com qualquer das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que as respectivas fases e amplitudes do componente de sistema de sequência de fase positiva, se apropriado, dos componentes de subsistema de sequência de fases positiva, do componente de sistema de sequência de fase negativa e/ou, se apropriado, dos componentes de subsistema de sequência de fase negativa, são pré-definidas por uma unidade central comum.
4. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que cada um dos componentes de subsistema de sequência de fase positiva tem as mesmas fases e/ou as mesmas amplitudes, e/ou de que cada um dos componentes de subsistema de sequência de fase negativa tem as mesmas fases e/ou as mesmas amplitudes.
5. Aparelho para alimentar uma corrente trifásica desequilibrada a um sistema de voltagem de CA trifásica por meio de uma instalação de energia eólica, que compreende:

- pelo menos um primeiro módulo de inversor para produzir um componente de sistema de sequência de fase positiva para a corrente a ser alimentada,

- pelo menos um segundo módulo de inversor para produzir um componente de sistema de sequência de fase negativa para a corrente a ser alimentada, e o pelo menos um primeiro módulo de inversor e o pelo menos um segundo módulo de inversor são acoplados de uma tal maneira que o componente de sistema de sequência de fase positiva é sobreposto ao componente de sistema de sequência de fase negativa para formar a corrente a ser alimentada, caracterizado pelo fato de que:

o pelo menos um primeiro módulo de inversor e o pelo menos

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3/3 um segundo módulo de inversor são acoplados através de um circuito intermediário de voltagem de CC comum para produzir o respectivo componente de sistema de sequência de fase positiva ou componente de sistema de sequência de fase negativa a partir da voltagem de CC do circuito intermediário de voltagem de CC comum, o circuito intermediário de voltagem de CC comum sendo alimentado por uma corrente produzida por uma instalação de energia eólica, em que pelo menos um do pelo menos um primeiro módulo de inversor e/ou do pelo menos um segundo módulo de inversor é preparado para produzir ou um componente de sistema de sequência de fase positiva ou uma parte do último ou um componente de sistema de sequência de fase negativa ou uma parte do último, e em que uma unidade de controle central é provida para a finalidade de determinar qual do primeiro e segundo módulos de inversor é usado para produzir um componente de sistema de sequência de fase positiva e qual é usado para produzir um componente de sistema de sequência de fase negativa.
6. Aparelho de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a unidade de controle central é provida para a finalidade de prédefinir valores desejados para a magnitude e fase para produzir o respectivo componente de sistema de sequência de fase negativa ou o componente de sistema de sequência de fases positiva.
7. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 ou

6, caracterizado pelo fato de que um sistema de barramento de dado é provido para comunicação entre os módulos de inversor e, se apropriado, para comunicação com a unidade de controle central.
8. Aparelho de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a

7, caracterizado pelo fato de que um método como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 4 é usado.
9. Instalação de energia eólica, caracterizada pelo fato de que tem um aparelho como definido em qualquer uma das reivindicações 5 a 8.