BR112019015185A2 - Método para alimentar uma corrente elétrica alternada, e, instalação de energia eólica - Google Patents

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Abstract

a invenção refere-se a um método para alimentar uma corrente elétrica alternada em uma rede de distribuição elétrica por meio de uma instalação de energia eólica, e a instalação de energia eólica compreende pelo menos um inversor com uma saída de inversor para prover uma corrente de inversor elétrico, e o pelo menos um inversor é acoplado na saída de inversor do mesmo a um filtro ativo a fim de filtrar a corrente de inversor provida na saída de inversor e, desse modo, prover uma corrente alternada filtrada para alimentação na rede de distribuição elétrica, compreendendo as seguintes etapas: prover a corrente de inversor elétrico na saída de inversor por meio de ações de comutação de pelo menos um comutador do inversor, detectar as ações de comutação do inversor e controlar o filtro ativo dependendo das ações de comutação detectadas a fim de filtrar a corrente de inversor provida na saída de inversor e, desse modo, produzir a corrente alternada filtrada.

Description

MÉTODO PARA ALIMENTAR UMA CORRENTE ELÉTRICA ALTERNADA, E, INSTALAÇÃO DE ENERGIA EÓLICA [001] A presente invenção refere-se a um método para alimentar uma corrente elétrica alternada em uma rede de distribuição elétrica por meio de uma instalação de energia eólica e a uma instalação de energia eólica que compreende pelo menos um inversor com uma saída de inversor, que é acoplado a um filtro ativo.
[002] É particularmente conhecido que instalações de energia eólica geram corrente elétrica alternada usando inversores elétricos e alimentam uma corrente elétrica alternada na rede de distribuição elétrica por meio de inversores elétricos.
[003] Para esse fim, uma instalação de energia eólica usualmente tem pelo menos um gerador elétrico para gerar uma corrente elétrica alternada. Para alimentação na rede de distribuição elétrica, a corrente elétrica alternada gerada pelo gerador é, então, retificada por meio de pelo menos um inversor de maneira que a corrente elétrica alternada gerada pelo gerador, então, atenda as exigências da rede de distribuição elétrica.
[004] O inversor elétrico é, nesse caso, usualmente de uma forma multifásica e, em instalações de energia eólica que têm uma saída de alta potência, é usualmente de um projeto modular, isto é, o inversor tem uma multiplicidade de módulos inversores, que juntos formam o inversor elétrico.
[005] No entanto, inversores elétricos também têm uma série de desvantagens, por exemplo, a corrente elétrica alternada provida por um inversor elétrico tem um alto conteúdo harmônico, isto é, a corrente elétrica alternada ou a corrente de inversor elétrico tem um grande número de harmônicas de diferentes ordens, que são indesejadas do ponto de vista da rede de distribuição elétrica.
[006] A fim de minimizar tais harmônicas, em particular, indesejadas, filtros passivos ou ativos, por exemplo, podem ser providos ou
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2/22 arranjados na saída do inversor elétrico, cujo objetivo é filtrar as harmônicas indesejadas ou suavizar a corrente alternada provida pelo inversor elétrico.
[007] No caso mais simples, filtros passivos são formados por uma combinação de capacitâncias, impedâncias e/ou indutâncias. Filtros passivos, portanto, compreendem uma combinação de componentes passivos, para ser específico, capacitores, resistores e/ou bobinas. Usualmente, tais filtros passivos são também configurados uma vez para suas áreas de uso.
[008] Filtros ativos, adicionalmente, têm pelo menos um componente ativo adicional, ou seja, um componente que é controlável e, no caso de um filtro ativo, é também controlado. Esse componente ativo pode por exemplo ser um disjuntor, ou seja, um IGBT ou um MOSFET. Além disso, filtros ativos são inicializados uma vez para suas áreas de uso e apropriadamente reconfigurados no curso da operação; seu controle é, portanto, continuamente recentemente adaptado para suas áreas de uso.
[009] Uma desvantagem dos filtros conhecidos previamente é, em particular, a faixa de funcionamento restrita no caso de filtros passivos ou os elevados tempos de trânsito de sinal no caso de filtros ativos, que têm o efeito que, a despeito dessas precauções, a corrente elétrica alternada gerada pelo gerador, retificada pelo inversor e filtrada pelo filtro tem harmônicas que não atendem as exigências da rede de distribuição elétrica, em particular, em países com altas exigências, que em particular têm uma rede de distribuição elétrica fraca, tais como, por exemplo Brasil.
[0010] O Escritório de Patentes e Marcas Alemão pesquisou a seguinte técnica anterior no pedido de prioridade relacionado ao presente pedido: DE 10 2012 203 015 Al, DE 10 2014 219 052 Al, US 2013 / 0 039 100 Al, US 5 831 842 A e JP 2003-209 973 A.
[0011] A presente invenção, portanto, se baseia no objetivo de abordar pelo menos um dos problemas acima mencionados. Em particular, uma solução que permita filtragem de uma corrente elétrica alternada ou uma
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3/22 corrente de inversor elétrico de maneira adequada para instalações de energia eólica deve ser proposta. Pelo menos, no entanto, uma solução alternativa aos conceitos previamente conhecidos deve ser proposta.
[0012] De acordo com a invenção, consequentemente, um método para alimentar uma corrente elétrica alternada em uma rede de distribuição elétrica por meio de uma instalação de energia eólica de acordo com a reivindicação 1 é proposto. Por conseguinte, a instalação de energia eólica compreende pelo menos um inversor com uma saída de inversor para prover uma corrente de inversor elétrico e um filtro ativo acoplado à saída de inversor.
[0013] O inversor é, consequentemente, projetado para prover ou distribuir uma corrente de inversor, em particular, uma corrente de inversor multifásico, em sua saída de inversor.
[0014] O filtro ativo é também projetado para filtrar uma corrente de inversor provida na saída de inversor, em particular a fim de, desse modo, prover uma corrente alternada filtrada para alimentação na rede de distribuição elétrica ou para alimentar essa corrente alternada na rede de distribuição elétrica, preferivelmente por meio de um transformador. O filtro ativo é, consequentemente, preferivelmente arranjado entre o pelo menos um inversor elétrico e a rede de distribuição elétrica.
[0015] Particularmente, preferivelmente, a instalação de energia eólica tem, para isso, um conceito de conversor completo, um conceito de conversor completo sendo supostamente para ser entendido como em particular que toda a corrente elétrica gerada pela instalação de energia eólica é passada por meio de um inversor ou um arranjo de uma quantidade de inversores ou módulos inversores de maneira que toda corrente alimentada na rede de distribuição elétrica foi passada através desse inversor ou desse arranjo de uma quantidade de inversores ou módulos inversores.
[0016] Em uma primeira etapa, o inversor elétrico assim provê uma
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4/22 corrente de inversor em sua saída por ações de comutação de pelo menos um comutador. O inversor, consequentemente, retifica a corrente gerada pelo gerador ou parte do mesmo, a fim de prover ou distribuir uma corrente alternada na saída de inversor. A corrente de inversor assim provida na saída de inversor é, nesse caso, em particular uma corrente alternada trifásica. [0017] Para isso, o inversor elétrico é preferivelmente de uma forma trifásica e tem, para gerar a corrente de inversor elétrico, pelo menos um comutador superior e um comutador inferior para cada uma das fases. Os comutadores do inversor podem, nesse caso, ser ativados por exemplo por meio de um método de banda de tolerância, a fim de gerar a corrente de inversor ou prover a mesma na saída de inversor.
[0018] Independentemente do tipo de método de controle, nesse caso, o controle do inversor ou o controle dos comutadores do inversor é feito por um controlador, que ativa os comutadores do inversor por meio de sinais de ativação de maneira que uma corrente de inversor correspondente seja estabelecida na saída de inversor.
[0019] Em uma segunda etapa, de acordo com a invenção, as ações de comutação do inversor são detectadas. Portanto, as ações de comutação dos comutadores individuais do inversor são monitoradas. Isso pode ocorrer, por exemplo, detectando diretamente um estado de comutação do comutador correspondente ou retirando os sinais de ativação que são transmitidos do controlador para os comutadores. Se, por exemplo, o controlador envia um sinal de ativação para um comutador do inversor, esse sinal é retirado e em particular alimentado ou transmitido para o filtro ativo. Preferivelmente, o filtro ativo consequentemente recebe os mesmos sinais que os comutadores do inversor elétrico.
[0020] Subsequentemente, o filtro ativo é controlado em dependência das ações de comutação detectadas, a fim de filtrar a corrente de inversor provida pelo inversor na saída de inversor, em particular a fim de, desse
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5/22 modo, obter uma corrente alternada filtrada.
[0021] A corrente alternada assim obtida ou filtrada pode então, por exemplo, ser superposta com correntes alternadas adicionais e alimentada por meio de um transformador em uma rede de parque eólico e/ou uma rede de distribuição elétrica.
[0022] E consequentemente proposto em particular que o filtro ativo seja controlado diretamente em dependência dos sinais de ativação para os comutadores do inversor. O inversor ou o controlador do inversor, portanto, preferivelmente provê o filtro ativo com os sinais de ativação para os comutadores, por exemplo diretamente com o mesmo sinal ou mais preferivelmente indiretamente retirando os sinais de ativação. Tal procedimento tem o efeito de que há quase a mesma quantidade de trânsito de sinal entre o controlador do inversor e os comutadores do inversor e entre o controlador do inversor e o filtro ativo. Tal construção ou tal procedimento permite em particular uma possibilidade de filtrar uma corrente de inversor com a qual não há atrasos de tempo nos sinais de controle entre a corrente alternada a ser filtrada e a filtragem ativa. O filtro ativo é consequentemente projetado para filtrar uma corrente de inversor provida por um inversor sem ter que medi-la.
[0023] E particularmente vantajoso aqui, adicionalmente, que o filtro ativo não tenha que ser inicializado e reconfigurado como no caso de métodos previamente conhecidos ou que a corrente tenha que ser continuamente medida a fim de detectar os desvios a partir de um valor de ponto de ajuste.
[0024] O método de acordo com a invenção consequentemente permite que em particular um filtro ativo seja controlado de maneira que as harmônicas de uma corrente de inversor sejam minimizadas, sem que a corrente alternada provida pelo inversor tenha que ser medida ou o filtro ativo tenha que ser inicializado e reconfigurado. Consequentemente, o método proposto pelo menos cria uma possibilidade para filtrar harmônicas no caso
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6/22 do filtro ativo somente ter que ser inicializado uma vez. Inicialização deve ser entendida aqui como em particular a configuração do filtro ativo pela primeira vez em conjunto com o correspondente inversor ou inversores.
[0025] Preferivelmente, o controle do filtro ativo ocorre de maneira que a corrente elétrica alternada alimentada na rede de distribuição elétrica tenha um componente harmônico reduzido em comparação à corrente de inversor elétrico.
[0026] O filtro ativo é consequentemente controlado de maneira que a corrente alternada filtrada que é alimentada na rede de distribuição elétrica tenha menos harmônicas do que a corrente de inversor provida pelo inversor. Dessa forma, por exemplo, todas as harmônicas da corrente de inversor providas ou somente certas harmônicas da corrente de inversor providas podem ser minimizadas.
[0027] Consequentemente, é provida uma possibilidade de minimizar harmônicas especificamente e como e quando necessário. Por exemplo, o filtro ativo pode ser projetado para filtrar harmônicas de terceira ordem; por conseguinte, as harmônicas de outras ordens são então as mesmas e/ou até maiores.
[0028] O filtro ativo é consequentemente preferivelmente capaz de ser configurado e/ou capaz de ser inicializado em dependência da rede de distribuição elétrica ou das exigências da rede de distribuição elétrica. Isso é particularmente vantajoso com relação às diferentes exigências nacionais ou regionais, uma vez que tudo o que é necessário para montar uma instalação de energia eólica em qualquer local desejado é que o filtro ativo seja inicializado uma vez.
[0029] Preferivelmente, as ações de comutação do pelo menos um comutador têm uma frequência de comutação e a detecção das ações de comutação ocorre com uma frequência de amostragem, a frequência de amostragem sendo pelo menos duas vezes, em particular pelo menos cinco
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7/22 vezes, preferivelmente pelo menos dez vezes, a frequência de comutação da ação de comutação a ser detectada do comutador.
[0030] Para prover a corrente elétrica alternada na saída de inversor, os comutadores do inversor elétrico têm por exemplo uma frequência de comutação de 2 kHz. Os comutadores do inversor consequentemente recebem pelo menos 2000 sinais de ativação por segundo transmitidos a partir do controlador do inversor. Os sinais de ativação em si são então amostrados por meio de uma frequência de amostragem ou enviados para o filtro ativo com uma frequência aumentada ou mais elevada, que é pelo menos duas vezes a frequência de comutação, preferivelmente dez vezes a frequência de comutação.
[0031] Preferivelmente, o controle do filtro ativo ocorre dependendo de um sinal de ativação que inicia as ações de comutação do pelo menos um comutador e também ou altemativamente o controle do filtro ativo ocorre dependendo de uma tensão de controle que inicia as ações de comutação do pelo menos um comutador.
[0032] Consequentemente, o filtro ativo preferivelmente detecta os sinais de ativação dos comutadores do inversor ou o filtro ativo recebe os sinais de ativação para os comutadores do inversor transmitidos diretamente pelo controlador do inversor. O filtro ativo é consequentemente controlado com os mesmos sinais que os comutadores do inversor.
[0033] Também ou altemativamente, o controle do filtro ativo pode também ocorrer em dependência de uma tensão de controle dos comutadores, por exemplo a tensão de porta do semicondutor pode ser detectada ou medida para isso.
[0034] Preferivelmente, o pelo menos um inversor é ativado por meio de um método de banda de tolerância a fim de prover a corrente de inversor na saída de inversor, e o filtro ativo filtra a corrente da corrente de inversor dependendo das ações de comutação do pelo menos um comutador que são
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8/22 geradas pelo método de banda de tolerância.
[0035] O inversor elétrico é consequentemente ativado em dependência de um método de banda de tolerância ou controlado por um método de banda de tolerância.
[0036] No método de banda de tolerância, a banda de tolerância que tem um limite de banda inferior e um limite de banda superior é colocada em tomo de uma função sinusoidal, que corresponde à saída da corrente de inversor desejada. Para realizar o método de banda de tolerância, adicionalmente, a corrente de saída gerada é detectada e comparada com a banda de tolerância, ou seja, os limites de banda superiores e inferiores. Se a corrente está na meia onda positiva e alcança o limite de banda inferior, um pulso de comutação é iniciado por meio de um sinal de ativação e o comutador correspondente do inversor muda a corrente de saída. Se a corrente de saída detectada então alcança o limite de banda superior, o pulso de comutação é finalizado por meio de um sinal de ativação adicional. Se a corrente está na meia onda negativa e alcança o limite de banda superior, um pulso de comutação é iniciado por um sinal de ativação adicional e o comutador correspondente do inversor muda a corrente de saída. Se a corrente de saída detectada então alcança o limite de banda inferior, o pulso de comutação é finalizado por meio de um sinal de ativação adicional. Como resultado, a corrente varia dentro da banda de tolerância em um padrão que segue a forma de onda sinusoidal prescrita idealizada os comutadores do inversor continuamente ligando e desligando novamente. Os comutadores têm nesse caso, uma frequência de comutação variável, que substancialmente depende da largura da banda de tolerância.
[0037] E particularmente vantajoso ao usar um método de banda de tolerância que as amplitudes que ocorrem nas harmônicas da corrente de inversor estejam abaixo de 1% em relação à corrente nominal, e o filtro ativo consequentemente tenha que filtrar bem menos picos de corrente do que por
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9/22 exemplo no caso de uma corrente de inversor modulada por largura de pulso. [0038] Consequentemente, sinergias particularmente vantajosas são obtidas pelo método de acordo com a invenção em relação aos inversores que são controlados por meio de um método de banda de tolerância. Por exemplo, um filtro ativo com o mesmo tamanho total pode ser usado para filtrar uma quantidade de correntes de inversor geradas por um método de banda de tolerância.
[0039] Preferivelmente, o controle do filtro ativo ocorre sem levar em consideração a corrente de inversor provida.
[0040] O filtro ativo é consequentemente controlado independentemente da corrente de inversor gerada. O filtro ativo portanto não tem meios primários para detectar a corrente de inversor gerada. Também, o filtro ativo preferivelmente não tem entrada cuja variável de entrada é a corrente de inversor gerada. Contudo, a corrente de inversor gerada pode ser detectada para realizar o método de banda de tolerância. No entanto, não é, então, passada para o filtro ativo para realizar o método de acordo com a invenção.
[0041] Preferivelmente, o controle do filtro ativo ocorre em dependência das ações de comutação detectadas a fim de reduzir pelo menos um componente harmônico da primeira corrente alternada, em particular minimizar um componente harmônico de corrente da primeira corrente alternada, preferivelmente reduzir um componente harmônico de corrente selecionado da lista compreendendo: Ia harmônica de corrente para 60a harmônica de corrente.
[0042] O filtro ativo é consequentemente projetado para reduzir pelo menos um componente harmônico. Além disso, o filtro ativo é projetado de maneira que atenue frequências de um certo espectro, em particular harmônicas até a 60a harmônica de corrente. Preferivelmente, o filtro ativo é consequentemente projetado para filtrar harmônicas até 3 kHz, ou seja, a 60a
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10/22 harmônica de uma frequência fundamental de 50 Hz.
[0043] Isso é assim porque foi reconhecido adicionalmente que o método de acordo com a invenção ou a construção do filtro de acordo com a invenção é particularmente favorável para as harmônicas até a 60a ordem.
[0044] Preferivelmente, o inversor elétrico compreende uma quantidade de módulos inversores com uma saída de módulo inversor para prover uma corrente de módulo inversor, e as saídas de módulo inversor são interconectadas de maneira que suas correntes de módulo inversor sejam superpostas para formar a corrente de inversor, um dispositivo de avaliação coletiva sendo provido para detectar e avaliar sinais de ativação do número de módulos inversores, e o dispositivo de avaliação coletiva ativando o filtro ativo para filtrar a corrente de inversor.
[0045] O inversor é consequentemente construído a partir de uma quantidade de módulos. Os módulos em si podem, por sua vez, ser formados por um inversor completo, de forma que pelo menos um inversor deva ser entendido como também uma multiplicidade de inversores.
[0046] Além disso, o filtro ativo é projetado para filtrar uma corrente de inversor superposta a partir de uma quantidade de corrente de inversor. E provido para isso, em particular, um dispositivo de avaliação coletiva, que recebe os sinais de ativação de todos os inversores ou módulos inversores a serem filtrados. Por exemplo, três inversores ou três módulos inversores são filtrados por um filtro ativo. Se cada inversor tem 6 comutadores, o dispositivo de avaliação coletiva recebe 18 sinais de ativação. Os sinais de ativação são então avaliados dentro do dispositivo de avaliação coletiva, por exemplo por meio de uma tabela de consulta, a fim de ativar o filtro ativo correspondente a fim de que filtre a corrente total. Preferivelmente, para isso o dispositivo de avaliação coletiva detecta os estados de comutação dos comutadores individuais dos módulos inversores.
[0047] Preferivelmente, o filtro ativo é controlado em dependência
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11/22 das ações de comutação detectadas e pelo menos adicionalmente em dependência de uma tensão de ligação de CC do pelo menos um inversor e/ou um valor de ponto de ajuste de corrente para o pelo menos um inversor. [0048] Consequentemente, o filtro ativo adicionalmente detecta a tensão de ligação de CC e preferivelmente o valor de ponto de ajuste de corrente para o pelo menos um inversor. Dessa forma é possibilitado em particular por meio do filtro ativo reagir, mais especificamente, ondular as correntes e/ou sintonizar o filtro ativo mais especificamente para o pelo menos um inversor.
[0049] Também é proposto de acordo com a invenção uma instalação de energia eólica, compreendendo pelo menos um inversor com uma saída de inversor para prover uma primeira corrente alternada e um filtro ativo acoplado à saída de inversor para filtrar a corrente de inversor, a fim de criar uma corrente alternada filtrada para alimentação na rede de distribuição elétrica, o filtro ativo sendo projetado para ser controlado em dependência de uma ação de comutação detectada de pelo menos um comutador do inversor, a fim de filtrar a primeira corrente alternada e, desse modo, criar uma corrente alternada filtrada.
[0050] A instalação de energia eólica de acordo com a invenção consequentemente tem pelo menos um inversor, que provê uma corrente de inversor, que é gerada por exemplo por meio de um método de banda de tolerância. Na saída do inversor também é arranjado um filtro ativo, que é projetado para filtrar a corrente alternada provida na saída do inversor em dependência das ações de comutação dos comutadores do inversor.
[0051] Consequentemente é proposto em particular uma instalação de energia eólica que é projetada para realizar um método descrito acima ou abaixo para alimentar uma corrente elétrica alternada.
[0052] Preferivelmente, a instalação de energia eólica também tem um transformador de instalação de energia eólica, que é projetado para elevar
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12/22 a corrente alternada filtrada pelo filtro ativo para uma tensão de rede de distribuição ou tensão de rede de parque eólico. Por exemplo, a corrente de inversor tem uma tensão de 1 kV e a tensão da rede de parque eólico é 10 kV. A razão de transformação do transformador de instalação de energia eólica é, então, 1:10.
[0053] Preferivelmente, a instalação de energia eólica tem um controlador para ativar o inversor, a fim de realizar um método descrito acima ou abaixo.
[0054] A instalação de energia eólica consequentemente compreende um controlador que é projetado para ativar os inversores e em particular os comutadores, preferivelmente os comutadores inferiores e superiores, dos inversores, a fim de prover uma corrente de inversor na saída de inversor.
[0055] Para esse fim, o controlador transmite em particular sinais de ativação para o inversor ou os comutadores do inversor ou dos módulos inversores, os sinais de ativação preferivelmente da mesma forma sendo transmitidos para o filtro ativo, a fim de filtrar a corrente de inversor do inversor ou dos módulos inversores providos na saída de inversor e, desse modo, criar uma corrente alternada filtrada.
[0056] Preferivelmente, o pelo menos um inversor tem pelo menos 6 comutadores, dois comutadores respectivamente, em particular um comutador superior e um comutador inferior, provendo uma corrente para uma fase em cada caso da corrente de inversor.
[0057] O inversor ou os módulos inversores são consequentemente projetados para prover uma corrente alternada trifásica na saída, dois comutadores sendo respectivamente providos para uma fase.
[0058] Preferivelmente, o pelo menos um comutador do inversor ou os comutadores do inversor é/são formados como IGBTs ou MOSFETs.
[0059] Os comutadores do inversor são consequentemente projetados para operar com particularmente altas frequências de comutação, a fim de
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13/22 prover uma corrente de inversor que corresponde substancialmente a uma forma de onda sinusoidal idealizada ou aos desvios que a partir de uma forma de onda sinusoidal idealizada são em média menos do que 5% em relação à corrente nominal.
[0060] O inversor é consequentemente também projetado para ser ativado por meio de um método de banda de tolerância, os comutadores do inversor tendo por exemplo uma frequência de comutação de até 20 kHz.
[0061] Preferivelmente, o pelo menos um inversor é ativado por meio de um método de banda de tolerância e o filtro ativo filtra a corrente de inversor dependendo das ações de comutação do pelo menos um comutador que são geradas pelo método de banda de tolerância.
[0062] Preferivelmente, o inversor é um inversor de potência, em particular um inversor de potência que é projetado para ser usado em um conceito de conversor completo de uma instalação de energia eólica.
[0063] O inversor é consequentemente projetado para retificar saídas de tensões elétricas particularmente de até 8 MW. Para isso, o inversor é por exemplo construído de maneira modular, isto é, tem uma quantidade de módulos inversores, que são preferivelmente interconectados em paralelo entre si a fim de prover uma corrente de inversor. Essa corrente de inversor, provida dessa maneira, é, então, filtrada com o filtro ativo. Preferivelmente, a instalação de energia eólica tem precisamente um filtro ativo. No entanto, é também concebível que haja uma quantidade de filtros ativos, por exemplo se a instalação de energia eólica tem uma quantidade de inversores estruturalmente idênticos que são respectivamente acomodados em um gabinete de tensão. Então, altemativamente, cada gabinete de tensão tem um filtro ativo. Preferivelmente, a quantidade de filtros ativos é escolhida de forma que a corrente alternada alimentada na rede de distribuição elétrica da instalação de energia eólica atenda as exigências da rede de distribuição elétrica.
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14/22 [0064] Preferivelmente, o filtro ativo tem pelo menos um componente ativo, em particular pelo menos um IGBT ou um MOSFET, preferivelmente pelo menos um IGBT de carboneto de silício ou um MOSFET de carboneto de silício, que é projetado para operar com uma frequência de relógio que é preferivelmente maior do que a frequência de comutação do pelo menos um comutador ou que é maior do que a frequência de comutação dos comutadores multiplicados pelo número de módulos inversores do inversor.
[0065] A frequência de relógio do componente ativo é consequentemente adaptada para a quantidade de comutadores do inversor ou dos módulos inversores, a corrente de inversor cujo filtro ativo é destinado a filtrar.
[0066] Foi reconhecido aqui que a frequência de relógio deve ser aumentada tanto com a frequência de comutação do comutador quanto com a quantidade de comutadores do inversor, a fim de gerar uma corrente alternada filtrada que atenda as exigências da rede de distribuição elétrica.
[0067] Em particular, é proposto para isso que a frequência de relógio do componente ativo deve ser maior do que a frequência de comutação dos comutadores multiplicados pelo número de módulos inversores.
[0068] Preferivelmente, para esse fim o comutador ou comutadores do filtro ativo é/são formados por IGBTs de carboneto de silício ou MOSFETs de carboneto de silício ou outros transistores que podem em particular ser operados com frequências de relógio ou de comutação acima de 20 kHz. Se, por exemplo, o filtro ativo é responsável por 5 inversores, os comutadores que são respectivamente operados a 20 kHz, o filtro ativo, em particular o comutador do filtro ativo, tem um frequência de relógio ou de comutação maior do que 100 kHz. A frequência de comutação do filtro ativo consequentemente corresponde a pelo menos N vezes a frequência de comutação dos N inversores.
[0069] Preferivelmente, o inversor elétrico compreende uma
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15/22 quantidade de módulos inversores com uma saída de módulo inversor para distribuir uma corrente de módulo inversor, e as saídas de módulo inversor são interconectadas de maneira que suas correntes de módulo inversor sejam superpostas para formar a corrente de inversor, um dispositivo de avaliação coletiva sendo provido para detectar e avaliar sinais de ativação dos módulos inversores, e o dispositivo de avaliação coletiva ativando o filtro ativo para filtrar a corrente de inversor.
[0070] A instalação de energia eólica consequentemente tem uma quantidade de inversores ou uma quantidade de módulos inversores dos quais as correntes de saída são filtradas por meio de um filtro ativo.
[0071] E provido para esse fim um dispositivo de avaliação coletiva, que detecta e avalia todos os sinais de ativação dos inversores ou módulos inversores correspondentes.
[0072] Além disso, o dispositivo de avaliação coletiva é projetado para controlar o filtro ativo em dependência dos sinais de ativação detectados de maneira que a corrente de inversor filtrada pelo filtro ativo tenha menos harmônicas do que a corrente de inversor provida pelo inversor.
[0073] Isso pode ocorrer, por exemplo, por meio de uma tabela de consulta ou uma tabela de controle que tenha sido inicializada uma vez levando em consideração a quantidade de inversores ou módulos inversores.
[0074] Preferivelmente, o filtro ativo é interconectado com a saída de inversor em paralelo de maneira que o filtro ativo é projetado para filtrar, em particular para reduzir, pelo menos uma harmônica de corrente da primeira corrente alternada.
[0075] O filtro ativo é consequentemente projetado para filtrar harmônicas de corrente.
[0076] A presente invenção é agora explicada em mais detalhes abaixo de, a título de exemplo, com base em modalidades exemplares com referência às figuras anexas:
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16/22 a fig. 1 mostra uma vista esquemática de uma instalação de energia eólica de acordo com a invenção de acordo com uma modalidade, a fig. 2 mostra uma construção esquemática de uma seção elétrica de uma instalação de energia eólica de acordo com a invenção para alimentar uma corrente elétrica alternada de acordo com uma modalidade, a fig. 3 mostra esquematicamente a construção de um inversor para prover uma corrente de inversor por meio de um método de banda de tolerância, a fig. 4 mostra esquematicamente o acoplamento do filtro ativo aos comutadores de uma quantidade de módulos inversores e a fig. 5 mostra esquematicamente uma tabela de controle de um dispositivo de avaliação coletiva de acordo com a invenção.
[0077] A fig. 1 mostra uma instalação de energia eólica 100 para alimentar corrente elétrica alternada em uma rede de distribuição elétrica.
[0078] Para esse fim, a instalação de energia eólica 100 tem uma torre 102 e uma nacela 104. Um rotor aerodinâmico 106 com três pás de rotor 108 e um cone de hélice 110 é arranjado na nacela 104. O rotor 106 é colocado em um movimento de rotação pelo vento durante funcionamento e, desse modo, aciona um gerador na nacela 104, o gerador preferivelmente sendo na forma de um gerador de anel de 6 fases.
[0079] A fig. 2 mostra, de modo simplificado, uma seção elétrica 200 de uma instalação de energia eólica de acordo com a invenção mostrada na Fig. 1.
[0080] A seção elétrica 200 tem um gerador de anel de 6 fases 210, que é colocado em um movimento de rotação pelo vento por meio de um conjunto de acionamento mecânico da instalação de energia eólica a fim de gerar uma corrente elétrica alternada de 6 fases.
[0081] A corrente elétrica alternada de 6 fases é transferida do gerador 210 para o retificador 220, que é interconectado com o inversor
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17/22 trifásico 240 por meio de uma ligação de tensão de CC 230.
[0082] O gerador de anel de 6 fases 210, que é na forma de um gerador síncrono, é excitado eletricamente nesse caso, por meio da excitação 250 da ligação de tensão de CC 230.
[0083] A seção elétrica 200 consequentemente tem um conceito de conversor completo, em que a rede 270 é alimentada por meio do inversor trifásico 240. Essa rede 270 é usualmente uma rede de parque eólico, que alimenta em uma rede de distribuição elétrica por meio de um transformador de parque eólico. No entanto, alimentar diretamente a rede de distribuição elétrica em vez da rede de parque 270 também entra em consideração.
[0084] Adicionalmente, um transformador pode também ser provido para alimentar a rede 270.
[0085] Para gerar a corrente trifásica li, I2,13 para cada uma das fases U, V, W, o inversor 240 é controlado com um método de banda de tolerância. Nesse caso, o controle ocorre por meio do controlador 242, que detecta cada uma das três correntes li, I2, I3 provida ou gerada pelo inversor 240 na saída de inversor 246 por meio de uma detecção de corrente 244.
[0086] O controlador é consequentemente projetado para controlar cada fase do inversor individualmente por meio da detecção de corrente 244. Para esse fim, o controlador 242 pode prescrever um valor de ponto de ajuste de corrente Isoii, em dependência dos quais as correntes li, I2, I3 são controladas. O valor de ponto de ajuste de corrente Isoii é preferivelmente individualmente calculado e prescrito para cada fase U, V, W intemamente na instalação. As correntes li, I2, I3 assim geradas são também referidas como uma corrente de inversor ou correntes de inversor.
[0087] O inversor 240 é também acoplado em sua saída de inversor 246 a um filtro ativo 260, a fim de filtrar a corrente de inversor li, I2, I3 provido na saída de inversor 241 e, desse modo, prover uma corrente alternada filtrada Γ2,1*2, Γ3 para alimentação na rede de distribuição elétrica.
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18/22 [0088] Para isso, o filtro ativo 260 é controlado em dependência das ações de comutação detectadas dos comutadores do inversor 240. Que o filtro ativo 260 é controlado em dependência dessas ações de comutação é indicado pela linha de sinal 262, que transfere os sinais de ativação do controlador 242 para os comutadores do inversor 240 também para o filtro ativo 260.
[0089] Também é provido um dispositivo de avaliação coletiva 264, que é projetado para detectar os sinais de ativação por meio da linha de sinal 262 e do sinal adicional AS, como por exemplo a tensão de ligação de CC Udc e o valor de ponto de ajuste de corrente Isoii, e avaliá-los. O dispositivo de avaliação coletiva 264 então ativa o filtro ativo 260 em dependência dos sinais de ativação assim detectados e avaliados e sinais adicionais AS.
[0090] A fim de, em particular, filtrar harmônicas de corrente até a 60a ordem, o filtro ativo 260 tem características passa-baixo, o filtro ativo 260 sendo controlado por meio dos sinais de ativação para os comutadores do inversor 240.
[0091] A Fig. 3 mostra esquematicamente a construção 300 de um inversor para prover uma corrente de inversor por meio de um método de banda de tolerância. Em particular, Fig. 3 mostra parte da seção elétrica que é mostrado na Fig. 2.
[0092] A construção 300 tem uma ligação de tensão de CC 330 que é conectada por meio de um retificador para o gerador de uma instalação de energia eólica. A ligação de tensão de CC 330 tem um primeiro potencial Udc+ e um segundo potencial Udc- com a derivação central M. Também, respectivamente arranjados entre a derivação central M e os dois potenciais Udc+, Udc é um capacitor com a capacitância Cl, C2, a fim de armazenar energia na ligação de tensão de CC 330 e suavizar a tensão CC 2Udc correspondente.
[0093] O inversor 340, que é interconectado com a ligação de tensão de CC 330, gera respectivamente para cada uma das três fases U, V, W uma
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19/22 corrente separada 11, h, I3 na saída 346 do inversor 340. O inversor 340 respectivamente tem, para isso, para cada uma das três fases U, V, W, um comutador superior Τι, T3, T5 e um comutador inferior T2, T4, Tô, os comutadores inferiores e superiores Τι, T2, T3, T4, T5, Tô sendo ativados em particular por meio do controlador 342 por meio de um método de banda de tolerância.
[0094] O controlador 342 em si opera com um método de banda de tolerância controlado por corrente. Para isso, o controlador 342 detecta as correntes li, I2, I3 geradas ou providas pelo inversor 340 na saída 346 do inversor 340 por meio de uma detecção de corrente 344. As correntes 11,12,13 assim detectadas são comparadas com um valor de ponto de ajuste Isoii, a fim de determinar os sinais de ativação OBn, UBn, OB12, UB12, OB13, UB13 para comutadores superiores e inferiores Τι, T2, T3, T4, T5, Tô.
[0095] A fig. 4 mostra esquematicamente o acoplamento 400 do filtro ativo 460 aos comutadores OBn, UBn, OB21, UB21, OB31, UB31 de uma quantidade de módulos inversores 410, 420, 430, as correntes de módulo inversor In, In, I13 que são superpostas para formar a corrente de inversor li da fase U. A fig. 4 portanto mostra uma vista monofásica da fase U de um sistema trifásico, compreendendo as fases U, V e W.
[0096] Os módulos inversores 410, 420, 430 são respectivamente conectados na lateral CC a uma ligação de tensão de CC, que é indicada pela tensão de corte Udc+, Udc[0097] Para prover as correntes de módulo inversor In, In, 113, os módulos inversores individuais 410, 420, 430 são ativados por meio dos sinais de ativação An, A21, A31. Os sinais de ativação An, A21, A31 nesse caso, prescrevem um estado de comutação correspondente aos comutadores superiores OBn, OB21, OB31 e aos comutadores inferiores UBn, UB21, UB31.
[0098] O módulo inversor 410 é, nesse caso, o estado de comutação
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20/22 +1, isto é, o comutador superior OBn está ativo e o comutador inferior UBn está inativo.
[0099] O módulo inversor 420 tem, nesse caso, o estado de comutação -1, isto é, o comutador superior OB21 está inativo e o comutador inferior UB21 está ativo.
[00100] O módulo inversor 430 tem, nesse caso, o estado de comutação -1, isto é, o comutador superior OB31 está inativo e o comutador inferior UB31 está ativo.
[00101] Os sinais de ativação An, A21, A31 e também a tensão de ligação de CC Udc e o valor de ponto de ajuste de corrente Isoii para os módulos inversores 410, 420, 430 são alimentados ao dispositivo de avaliação coletiva 464, que os transfere para a unidade de controle 468 do filtro ativo 460. Os sinais de ativação An, A21, A31 são transferidos para o dispositivo de avaliação coletiva 464 como estados de comutação, para ser específico, no estado instantâneo que é dado a título de exemplo como os três estados de comutação +1, -1 e -1.
[00102] A avaliação coletiva 464 é preferivelmente projetada para reproduzir tanto os estados de comutação individuais dos módulos inversores individuais 410, 420, 430 quanto um estado de comutação coletivo Σ de todos os inversores 410, 420, 430.
[00103] No presente caso, no estado instantâneo que é dado a título de exemplo o estado de comutação coletivo Σ é -1. Com base no estado de comutação coletivo Σ, o controle 468 do filtro ativo pode então determinar o aumento dos flancos correspondentes do método de banda de tolerância dos módulos inversores 410, 420, 430 e correspondentemente ativar os comutadores do filtro ativo por meio do sinal de ativação Sf de maneira que a corrente alternada filtrada IC tenha menos harmônicas do que a corrente de inversor li.
[00104] Para isso, a unidade de controle 468 controla os comutadores
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IGn, IGi2 do filtro ativo 460 em dependência dos três estados de comutação +1, -1 e -1 e também a tensão de ligação de CC Udc e o valor de ponto de ajuste de corrente Isoii pelo sinal de ativação SF, que da mesma forma prescreve um estado de comutação +1 para os comutadores IGn, IGn do filtro ativo 460. O filtro ativo 460 gera, a partir disso, por meio de uma fonte de tensão de CC CF uma corrente de filtro IF, que é superposta com a corrente de inversor li para formar uma corrente alternada filtrada Γ2.
[00105] O controle dos comutadores IGn, IG12 do filtro ativo 460 pode ocorrer por exemplo por meio de uma tabela de consulta, na qual os estados de comutação dos comutadores IGn, IG12 do filtro ativo 460 em dependência dos estados de comutação dos comutadores inferiores e superiores OBn, OB21, OB31, UBn, UB21, UB31 dos módulos inversores 410, 420, 430 são armazenados.
[00106] A tabela de consulta pode, nesse caso, ser armazenada ou no dispositivo de avaliação coletiva 464 ou no controle 468 do filtro ativo 460. Uma tal tabela de consulta, que é também referida como uma tabela de controle, é representada a título de exemplo abaixo na Figura 5.
[00107] A Fig. 5 mostra esquematicamente uma tabela de controle 500 de um dispositivo de avaliação coletiva de acordo com a invenção. Em particular, a Fig. 5 mostra aqui uma tabela de controle de um dispositivo de avaliação coletiva mostrado na Fig. 4.
[00108] Os sinais de ativação An, A21, A31 dos comutadores inferiores e superiores, o estado de comutação coletivo Σ e o sinal de ativação Sf do filtro ativo são inseridos na fileira superior 510.
[00109] As colunas individuais 520, 530, 540, 560 também têm os estados de comutação correspondentes dos sinais de ativação An, A21, A31, Sf. A coluna 550 reproduz o estado de comutação coletivo Σ correspondente.
[00110] Correspondendo à Figura 4, a fileira 570 mostra que os sinais de ativação An, A21, A31, que compreendem os estados de comutação +1, -1 e
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-1, têm o efeito que o estado de comutação +1 é transmitido para os comutadores do filtro ativo.
[00111] Para uma representação simplificada, foi admitido aqui que a tensão de ligação de CC Udc e o valor de ponto de ajuste de corrente Isoii são constantes e não têm influência nos valores da tabela. Em uma modalidade preferida, no entanto, eles são levados em consideração, o que é indicado por Sf(Udc, Isoii)· A tabela de controle, então, teria que ser complementada de forma correspondente pela adição de colunas para a tensão de ligação de CC Udc e o valor de ponto de ajuste de corrente Isoii·

Claims (17)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Método para alimentar uma corrente elétrica alternada (1*2, Γ2, Γ3) em uma rede de distribuição elétrica por meio de uma instalação de energia eólica (100), e
    - a instalação de energia eólica (100) compreende pelo menos um inversor (340) com uma saída de inversor para prover uma corrente de inversor elétrico (li, I2,13) e
    - o pelo menos um inversor (340) é acoplado em sua saída de inversor a um filtro ativo (460), a fim de filtrar a corrente de inversor (li, I2, I3) provida na saída de inversor e, desse modo, prover uma corrente alternada filtrada (Γ2, Γ2,1*3) para alimentação na rede de distribuição elétrica, compreendendo as etapas de:
    - prover a corrente de inversor elétrico (li, I2, I3) na saída de inversor por ações de comutação de pelo menos um comutador do inversor (340),
    - detectar as ações de comutação do inversor (340),
    - controlar o filtro ativo (460) em dependência das ações de comutação detectadas, a fim de filtrar a corrente de inversor (li, I2,13) provida na saída de inversor e, desse modo, criar uma corrente alternada filtrada (Γ2, 1*2, 1*3).
  2. 2. Método para alimentar uma corrente elétrica alternada (Γ2, Γ2, Γ3) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que
    - o controle do filtro ativo (460) ocorre de maneira que uma corrente elétrica alternada (Γ2, 1*2, 1*3) alimentada na rede de distribuição elétrica tem um componente harmônico reduzido em comparação à corrente de inversor elétrico (li, I2,13)·
  3. 3. Método para alimentar uma corrente elétrica alternada (Γ2, Γ2, Γ3) de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que
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    - as ações de comutação do pelo menos um comutador tem uma frequência de comutação e
    - a detecção das ações de comutação ocorre com uma frequência de amostragem,
    - a frequência de amostragem sendo pelo menos duas vezes, em particular pelo menos cinco vezes, preferivelmente pelo menos dez vezes, a frequência de comutação da ação de comutação a ser detectada do comutador.
  4. 4. Método para alimentar uma corrente elétrica alternada (1*2, Γ2, Γ3) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que
    - o controle do filtro ativo (460) ocorre dependendo de um sinal de ativação que inicia as ações de comutação do pelo menos um comutador, e também ou alternativamente
    - o controle do filtro ativo (460) ocorre dependendo de uma tensão de controle que inicia as ações de comutação do pelo menos um comutador.
  5. 5. Método para alimentar uma corrente elétrica alternada (Γ2, Γ2, Γ3) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que
    - o pelo menos um inversor (340) é ativado por meio de um método de banda de tolerância, a fim de prover a corrente de inversor (li, I2, I3) na saída de inversor, e o filtro ativo filtra a corrente de inversor (li, I2,13) dependendo das ações de comutação do pelo menos um comutador gerado pelo método de banda de tolerância.
  6. 6. Método para alimentar uma corrente elétrica alternada (Γ2, Γ2, Γ3) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que
    - o controle do filtro ativo (460) ocorre sem levar em
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    3/6 consideração a corrente de inversor (li, h, I3) provida.
  7. 7. Método para alimentar uma corrente elétrica alternada (Γ2, Γ2, Γ3) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que
    - o controle do filtro ativo (460) ocorre em dependência das ações de comutação detectadas, a fim de reduzir pelo menos um componente harmônico da corrente de inversor (li, I2, I3), em particular minimizar uma corrente do componente harmônico da corrente de inversor (li, I2, I3), preferivelmente reduzir um componente harmônico de corrente selecionado da lista compreendendo:
    - Ia harmônica de corrente para
    - 60a harmônica de corrente.
  8. 8. Método para alimentar uma corrente elétrica alternada (Γ2, Γ2, Γ3) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que
    - o inversor elétrico (340) compreende uma quantidade de módulos inversores com uma saída de módulo inversor para prover uma corrente de módulo inversor, e as saídas de módulo inversor são interconectadas de maneira que suas correntes de módulo inversor sejam superpostas para formar a corrente de inversor,
    - um dispositivo de avaliação coletiva sendo provido, para detectar e avaliar sinais de ativação dos módulos inversores, e o dispositivo de avaliação coletiva ativando o filtro ativo (460) para filtrar a corrente de inversor (li, I2,13).
  9. 9. Método para alimentar uma corrente elétrica alternada (Γ2, Γ2, Γ3) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que
    - o filtro ativo (460) é adicionalmente controlado em dependência de pelo menos uma tensão de ligação de CC (Udc) do pelo
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    4/6 menos um inversor (340) e/ou um valor de ponto de ajuste de corrente para o pelo menos um inversor (340).
  10. 10. Instalação de energia eólica (100) compreendendo pelo menos um inversor (340) com uma saída de inversor para prover uma primeira corrente alternada (li, I2,13) e um filtro ativo (460) acoplado à saída de inversor para filtrar a corrente de inversor (li, I2, I3), a fim de criar uma corrente alternada filtrada (Γ2, Γ2, 1*3) para alimentação na rede de distribuição elétrica, caracterizada pelo fato de que
    - o filtro ativo (460) é projetado para ser controlado em dependência de uma detectada ação de comutação de pelo menos um comutador do inversor (340), a fim de filtrar uma corrente alternada (li, I2,13) e, desse modo, criar a corrente alternada filtrada (Γ2,1*2, Γ3)·
  11. 11. Instalação de energia eólica (100) de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que a instalação de energia eólica (100) tem um controlador para ativar o inversor (340), a fim de realizar um método como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9.
  12. 12. Instalação de energia eólica (100) de acordo com a reivindicação 10 ou 11, caracterizada pelo fato de que
    - o pelo menos um inversor (340) tem pelo menos seis comutadores, dois comutadores, em particular um comutador superior e um comutador inferior, respectivamente provendo uma corrente para, em cada caso, uma fase da corrente de inversor.
  13. 13. Instalação de energia eólica (100) de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 12, caracterizada pelo fato de que
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    5/6
    - o pelo menos um comutador do inversor (340) ou os comutadores do inversor (340) são formados como IGBTs ou MOSFETs.
  14. 14. Instalação de energia eólica (100) de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 13, caracterizada pelo fato de que
    - o pelo menos um inversor (340) é ativado por meio de um método de banda de tolerância e o filtro ativo (460) filtra a corrente de inversor (li, h, I3) dependendo das ações de comutação do pelo menos um comutador que são geradas pelo método de banda de tolerância.
  15. 15. Instalação de energia eólica (100) de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 14, caracterizada pelo fato de que
    - o inversor (340) é um inversor de potência, em particular um inversor de potência que é projetado para ser usado em um conceito de conversor completo de uma instalação de energia eólica (100).
  16. 16. Instalação de energia eólica (100) de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 15, caracterizada pelo fato de que
    - o filtro ativo (460) tem pelo menos um componente ativo, em particular pelo menos um IGBT ou um MOSFET, preferivelmente pelo menos um carboneto de silício IGBT ou um carboneto de silício MOSFET, que é projetado para operar com uma frequência de relógio que é preferivelmente maior do que frequência de comutação do pelo menos um comutador ou que é maior do que a frequência de comutação dos comutadores multiplicados pelo número de módulos inversores do inversor.
  17. 17. Instalação de energia eólica (100) de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 16, caracterizada pelo fato de que
    - o inversor elétrico (340) compreende uma quantidade de
    Petição 870190070083, de 23/07/2019, pág. 36/43
    6/6 módulos inversores com uma saída de módulo inversor para distribuir uma corrente de módulo inversor, e as saídas de módulo inversor são interconectadas de maneira que suas correntes de módulo inversor sejam superpostas para formar a corrente de inversor,
    - um dispositivo de avaliação coletiva sendo provido para detectar e avaliar sinais de ativação dos módulos inversores, e o dispositivo de avaliação coletiva (264) ativando o filtro ativo (460) para filtrar a corrente de inversor (li, I2, Ο-
    Ι 8. Instalação de energia eólica (100) de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 17, caracterizada pelo fato de que
    - o filtro ativo (460) é interconectado com a saída de inversor em paralelo de maneira que o filtro ativo (460) é projetado para filtrar, em particular para reduzir, pelo menos um harmônica de corrente da primeira corrente alternada.
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