BRPI0113242B1

BRPI0113242B1 - instalação de energia eólica com um arranjo de gerador

Info

Publication number: BRPI0113242B1
Application number: BRPI0113242A
Authority: BR
Inventors: Wobben Aloys
Original assignee: Wobben Aloys
Priority date: 2000-08-14
Filing date: 2001-08-10
Publication date: 2018-09-11
Also published as: JP4976151B2; NO336660B1; AU8979601A; TR200300191T2; NO20090524L; DE10040273A1; ES2319387T3; MA25769A1; EP1909373A1; CY1108984T1; CN1462502A; US20060103137A1; PL201882B1; KR20030027022A; NZ524152A; NO328384B1; MXPA03001315A; PL360631A1; JP2004507199A; KR100557740B1

Abstract

"instalação de energia eólica". a invenção diz respeito a uma usina de energia eólica, que compreende, pelo menos, dois retificadores e dois inversores. o objetivo da invenção é limitar os danos provocados por falha dos componentes da usina de energia eólica, permitindo ainda o uso de componentes padrões. com este objetivo, a usina de energia eólica compreende, pelo menos, dois dispositivos de partida (121, 122, 123, 124) cada um com, pelo menos, um enrolamento de estator (1211, 1212) e, pelo menos, dois transformadores (181, 182, 183, 184).

Description

(54) Título: INSTALAÇÃO DE ENERGIA EÓLICA COM UM ARRANJO DE GERADOR (51) Int.CI.: H02K 16/04; H02P 7/00; H02M 5/458; H02J 3/38; F03D 9/00 (30) Prioridade Unionista: 14/08/2000 DE 100 40 273.9 (73) Titular(es): ALOYS WOBBEN (72) Inventor(es): ALOYS WOBBEN (85) Data do Início da Fase Nacional: 13/02/2003 “INSTALAÇÃO DE ENERGIA EÓLICA COM UM ARRANJO DE GERADOR”.

A presente invenção diz respeito a uma instalação de energia eólica, preferivelmente, com, pelo menos, dois retificadores e dois inversores.

Uma instalação de energia eólica como esta é conhecida pela especificação de patente DE 196 20 906.4. Uma desvantagem com esta instalação de energia eólica entretanto é que, no caso de falha do gerador e/ou transformador, a instalação de energia eólica não pode mais gerar ou entregar nenhuma energia elétrica. No caso de falha de um retificador e/ou inversor, é ainda aproximadamente a metade da produção energética possível que é perdida de qualquer maneira, de forma tal que é necessário um reparo rápido, a fim de limitar ao máximo os prejuízos econômicos para a operadora da instalação, por causa da produção energética que é perdida.

Essa instalação de energia eólica tem dois enrolamentos de estator defasados, os quais ficam arranjados de forma unida no mesmo estator. Os enrolamentos entretanto são isolados eletricamente um do outro e têm um ângulo de fase de 30° um do outro. No caso de falha de um enrolamento de estator, portanto, metade da potência de saída possível continua ainda disponível.

A fim de eliminar o defeito e reparar a instalação de energia eólica, a equipe de manutenção se desloca até a instalação de energia eólica defeituosa e soluciona o problema do defeito na instalação de energia eólica, tanto por um reparo nos componentes defeituosos ou danificados, como, se o reparo não for possível, pela substituição dos componentes defeituosos por uma peça de reposição.

Deve-se notar que o reparo rápido pressupõe, entre outros, que a instalação de energia eólica é de acesso fácil e, se necessário, peças sobressalentes podem ser levadas imediatamente até a instalação.

Se puder assumir ainda que instalações de energia eólica que se encontram fundadas na terra possam ser alcançadas rapidamente desta maneira, a situação já é notoriamente diferente, em relação a instalações fora da orla, ou seja, instalações de energia eólica que estão fundadas fora da costa e, portanto, no mar. Por um lado, um meio de transporte adequado deve estar disponível, com o qual possivelmente peças sobressalentes, até mesmo de grande volume e/ou peso, podem ser transportadas e manuseadas, enquanto que, por outro lado, o tempo e o estado do mar devem permitir que a instalação seja alcançada com segurança, mesmo com as peças sobressalentes carregadas. Entretanto, mesmo se for possível alcançar a instalação, não é absolutamente certo com relação a isso que as ondas do mar e o tempo permitam reparo imediato.

Portanto, percebe-se que, se as ondas forem altas, ou se o tempo estiver ruim, tal como, por exemplo, numa tempestade, é absolutamente impossível alcançar ou reparar instalações fora da orla, por um período de tempo relativamente longo, e, portanto, as instalações fora da orla não podem gerar ou entregar energia durante um período de tempo prolongado.

Uma outra desvantagem com a instalação de energia eólica previamente conhecida, bem como também todas as outras, é que o conceito na qual a instalação de energia eólica se baseia significa que as dimensões e o peso inerente dos componentes individuais aumentam com o aumento da saída do gerador.

A fim de limitar os danos por causa da falha de componentes de uma instalação de energia eólica e permitir o uso de componentes padrões, de acordo com a invenção, é proposta uma instalação de energia eólica do tipo apresentado na parte introdutória desta especificação, com, pelo menos, dois estatores, cada um com, pelo menos, um enrolamento de estator, e, pelo menos, dois transformadores. Desenvolvimentos vantajosos encontram-se descritos nas reivindicações posteriores.

Dessa maneira, a instalação de energia eólica de acordo com a invenção tem, pelo menos, dois estatores, dois retificadores, dois inversores e dois transformadores. Eles formam, respectivamente, a começar pelo estator, um sistema específico e completo para a produção de energia elétrica, para conversão, por exemplo, numa tensão ca senoidal e para alimentação numa rede de tensão ca.

Uma modalidade preferida da invenção tem quatro estatores que ficam arranjados na forma de um anel circular e que têm a forma de segmentos de anéis circulares e que têm, pelo menos, um enrolamento e si próprios. Em decorrência disto, as dimensões e o peso inerente de cada estator permanece numa faixa na qual o transporte e manuseio do estator podem ser implementados com os recursos disponíveis usuais.

Em um desenvolvimento preferido da instalação de energia eólica de acordo com a invenção, cada estator tem dois enrolamentos de corrente trifásica que são separados eletricamente um do outro e que são deslocados um em relação ao outro num ângulo de fase de 30°. Em virtude dessa medida, uma parte da corrente do excitador do rotor pode ser produzida no enrolamento do estator.

Em um desenvolvimento particularmente da invenção, um retificador, um inversor e um transformador são associados com cada estator. Esse arranjo suporta quatro sistemas de produção de energia separados, além do rotor comum. Dessa maneira, cada sistema produz um quarto da potência de saída total possível. Depreende-se daí que, no caso de falha de um componente, somente um sistema falha, e, com ele, somente um quarto da potência de saída global instantânea. Dessa maneira, portanto, três quartos da potência de saída permanecem ainda disponíveis.

Se uma potência de saída total de 6 MW for considerada para uma instalação de energia eólica, cada sistema, correspondentemente, envolve uma potência de saída de 1,5 MW. Essa potência de saída possibilita usar componentes padrões que já se encontram disponíveis e produzidos atualmente em escala industrial, como retificadores, inversores e transformadores. Em decorrência disto, a probabilidade de falha é notavelmente reduzida, por causa do uso de componentes tecnicamente desenvolvidos, os quais são produzidos em grande escala e que, por sua vez, contribuem para um nível definitivamente alto de produção de uma instalação de energia eólica de acordo com a invenção.

De acordo com uma modalidade preferida da invenção, um retificador, um inversor e um transformador são associados com cada enrolamento de estator. Um sistema de produção de energia é correspondentemente formado de um enrolamento de estator, um retificador, um inversor e um transformador. Essa configuração de projeto significa que cada um dos sistemas é envolvido somente com um oitavo da potência de saída disponível instantânea. Portanto, no caso de falha de um componente e, portanto, de um sistema, somente um oitavo da energia disponível não fica mais disponível, e que sete oitavos permanecem ainda disponíveis.

Além do mais, este conceito, por sua vez, permite a produção de um número ainda maior de componentes padrões e, portanto, uma redução no custo. Além dos meios de transporte e manuseio, encontram-se disponíveis procedimentos e métodos para esses componentes, e foram testados em muitas situações.

Numa modalidade particularmente preferida da invenção, os retificadores, os inversores e os transformadores são projetados para ser superdimensionados, preferivelmente, em cerca de 20% e, providos entre cada dois retificadores, entre cada dois inversores e entre cada dois transformadores, ficam dispositivos de comutação que, no caso de falha de um componente, permitem que ele sofra um desvio.

Por causa do superdimensionamento, os demais componentes podem, pelo menos temporariamente, assumir a função do componente falho, sem que isso provoque a ocorrência de uma sobrecarga. Portanto, por exemplo, se um retificador falhar, os dispositivos de comutação entre o retificador falho e um ou mais retificadores operacionais adjacentes podem ser atuados. Desta maneira, os retificadores operacionais são atuados com uma potência de saída correspondentemente mais alta e, também retificam a tensão ca do sistema com o retificador falho.

Em um recurso particularmente preferido, o controle dos dispositivos de comutação é feito com atenção à potência de saída a ser comutada, de maneira tal que somente um dispositivo de comutação comuta, quando o nível de potência de saída for baixo. Se a potência de saída a ser comutada for maior, diversos dispositivos de comutação são atuados a fim de distribuir assim o carregamento aos diversos componentes e evitar sobrecarga.

Em um desenvolvimento particularmente preferido da invenção, dispositivos de comutação são providos na linha de alimentação e/ou na linha de saída de cada componente, com exceção dos estatores. Atuando-se nos dispositivos de comutação correspondentes, é possível evitar de forma confiável qualquer reação na parte do componente a ser desviado, se esse componente estiver completamente desconectado pelos dispositivos de comutação.

Em uma modalidade alternativa da invenção, as linhas de alimentação e linhas de saída dos componentes individuais são conectadas em paralelo. Isso economiza dispositivos de comutação, no caso de falha de um componente, todos os outros componentes são sempre operados automaticamente, e o sistema de controle é simplificado, já que somente o componente falho que tem que ser desconectado pelos dispositivos de comutação nas linhas de alimentação e/ou linhas de saída.

A redundância dos componentes individuais é referida com “redundância externa” e identifica a possibilidade, no caso de falha de um componente, de fazer com que a sua função seja assumida por um outro componente presente redundantemente. No caso de falha de um retificador, portanto, outros retificadores assumem a função, no caso de falho de um inversor outros inversores assumem a função e, no caso de falha de um transformador, outros transformadores assumem a função.

Em comparação, existe também redundância interna. Essa denota a construção de um componente com diversos módulos, que se encontram presentes redundantemente entre si e que, em relação ao exterior, formam um componente tal como, por exemplo, um inversor. Portanto, no caso de falha de um dos diversos módulos de um inversor, esse inversor pode ainda permanecer definitivamente operacional, já que os demais módulos inversores podem ainda continuar a desempenhar a função envolvida.

Dessa maneira, um estator com dois enrolamentos também tem redundância interna, no caso de falha de um enrolamento, o segundo enrolamento fica ainda disponível para gerar energia, de maneira tal que o estator possa ainda entregar metade da potência de saída possível.

Dessa maneira, a instalação de energia eólica de acordo com a invenção pode entregar toda a potência de saída disponível instantaneamente, mesmo no caso de falha de componentes ou módulos individuais, com exceção de um estator ou de um enrolamento de estator.

Outros desenvolvimentos vantajosos da invenção encontramse descritos nas reivindicações anexas.

Uma modalidade da invenção está descrita em mais detalhe a seguir a título de exemplo. Nos desenhos:

A figura 1 mostra uma vista simplificada de um sistema de acordo com a invenção;

A figura 2 mostra uma vista, suplementada por dispositivos de comutação, do sistema ilustrado na figura 1,

A figura 3 mostra um exemplo de dois enrolamentos de estator defasados de 30°, com um retificador conectado no seu lado de saída,

A figura 4 mostra um exemplo de um inversor de acordo com a invenção,

A figura 5 mostra um exemplo de transformadores providos redundantemente com dispositivos de comutação,

A figura 6 mostra uma segunda modalidade da presente invenção,

A figura 7 mostra um exemplo de transformadores providos redundantemente na segunda modalidade da presente invenção, e

A figura 8 mostra um sistema conhecido.

A figura 8 mostra um sistema elétrico conhecido de uma instalação de energia eólica. Esse sistema elétrico inclui um gerador que, neste exemplo, tem a forma de um gerador de anel. O gerador de anel tem um rotor (não mostrado) e dois enrolamentos de estator 111, 112, os quais são isolados eletricamente um do outro e os quais são defasados 30° um em relação ao outro.

Os enrolamentos de estator 111, 112 são, cada um, conectados à entrada de um respectivo retificador 14 específico dele. A saída de cada retificador 14 é conectada a uma entrada de um respectivo inversor 16. As saídas dos inversores 16 são conectadas em paralelo a um transformador 18.

Apenas a falha do transformador 18 resulta inevitavelmente em falha total na economia da instalação de energia eólica, já que não é possível que mais nenhuma energia seja entregue. Em decorrência disto, a operadora sofre perdas consideráveis, dependendo da respectiva duração da falha.

A falha de um enrolamento de estator 111, 112, um retificador 14 e/ou um inversor 16 também, de qualquer forma, resulta numa perda da metade da produção energética disponível e, portanto, também resulta em dano econômico considerável.

A figura 1 mostra um exemplo simplificado de uma instalação de energia eólica de acordo com a invenção. A maioria dos componentes se encontra presente redundantemente nesta instalação de energia eólica. Tal redundância diz respeito a partes do gerador, a saber, estatores 121, 122, 123, 124, retificadores 141, 142, 143, 144, inversores 161, 162, 163, 164 e transformadores 181, 182, 183, 184.

Essa redundância que surge de um arranjo paralelo dos componentes redundantes é redundância externa. Além de alguns componentes, existe também redundância interna que surge da estrutura interna do componente que está constituído de diversos módulos similares conectados em paralelo. Essa redundância interna deve ser encontrada, por exemplo, no caso dos inversores que estão descritos em mais detalhe com referência à figura 4.

Com os propósitos da descrição a seguir, de uma maneira similar à maneira anterior de considerar a questão, cada elemento 121, 122, 123, 124 que está na forma de um segmento de um anel circular e que tem, pelo menos, um enrolamento no qual uma tensão é induzida pelo rotor rotativo (não mostrado) é referido como um estator, mesmo se existirem quatro elementos 121, 122, 123, 124, os quais têm a forma de um segmento de um anel circular, e eles são arranjados de uma maneira tal que, juntos, formem aproximadamente o perfil de um estator de peça única de um gerador de anel, como no caso da presente modalidade.

Os estatores 121, 122, 123, 124, os quais ficam arranjados na forma de um anel circular e os quais têm a forma de segmentos de um anel circular, juntos formam aproximadamente um anel circular, no qual o rotor (não mostrado) do gerador é girado centralmente pelo cubo do rotor da instalação de energia eólica (não mostrado) com as lâminas do rotor fixas a ele. Como os estatores individuais 121, 122, 123, 124 são separados entre si não somente mecanicamente, mas também eletricamente, as tensões são induzidas correspondentemente nos enrolamentos nos estatores 121, 122, 123, 124.

Essas tensões são tensões ca que passam pelos condutores 201, 202, 203, 204 até os retificadores 141, 142, 143, 144. Esses condutores 201, 202, 203, 204 podem ser, por exemplo, barras de alumínio com uma área em corte seccional de 4.000 mm². Com relação a isso, um retificador separado está associado com cada estator 121, 122, 123, 124. Depreende-se daí que, mesmo se um retificador falhar, somente um quarto da produção energética possível não fica mais disponível. Dessa forma, três quartos da potência de saída possíveis ficam ainda disponíveis.

Conectado no lado de saída de cada retificador 141, 142, 143, 144 fica um inversor 161, 162, 163, 164 e, também conectado a ele por meio de um condutor 205, 206, 207, 208. Esses condutores 205, 206, 207, 208 podem também ser barras de alumínio de uma área em corte seccional de 4.000 mm².

Conectado no lado de saída de cada inversor 161, 162, 163, 164 fica novamente um transformador 181, 182, 183, 184 por meio do que a tensão ca gerada pelos inversores 161, 162, 163, 164 é aumentado, por exemplo, 20 kV e alimentado, por exemplo, em uma rede de média tensão.

Desta maneira, a começar pelos enrolamentos de estator nos quais a tensão é induzida pelo rotor do gerador, existem sistemas mutuamente independentes 101, 102, 103, 104 com retificadores 141, 142, 143, 144, inversores 161, 162, 163, 164 e transformadores 181, 182, 183, 184, de maneira tal que uma falha de um componente acarrete, no máximo, a perda de um quarto da potência de saída possível.

A figura 2 está expandida, em comparação com a figura 1, por dispositivos de comutação 130, 131, 132, 133, 134, 135, 136, 146, 147, 148, 149, 150, 151, 152, 153, 154, 155, 156, 166, 167, 168, 169, 170, 171, 172, 173, 174, 175, 176, 186, 187, 188, 189. Esses são doravante referidos na sua totalidade pelos números de referência 130-136, 146-156, 166-176 e 186189. A fim de manter a clareza da figura, as referências para os condutores entre os estatores 121, 122, 123, 124, os retificadores 141, 142, 143, 144 e os inversores 161, 162, 163, 164 e as marcações dos sistemas 101, 102, 103, 104 foram aqui omitidas.

Em operação normal, os dispositivos de comutação 130, 131, 132, 150, 151, 152, 170, 171, 172 entre as linhas de alimentação dos componentes individuais ficam abertas, e os dispositivos de comutação 133, 134, 135, 136, 146, 147, 148, 149, 153, 154, 155, 156, 166, 167, 168, 169, 173, 174, 175, 176, 186, 187, 188, 189 nas linhas de alimentação e linhas de saída em série com os respectivos componentes ficam fechados em operação normal, de maneira tal que cada sistema 101, 102, 103, 104 (figura 1) opere separadamente dos outros.

Os dispositivos de comutação 130-136, 146-156, 166-176, 186-189 são agora controláveis, de uma maneira tal que eles façam conexões entre componentes individuais de, pelo menos, dois sistemas 101, 102, 103,

104. Essas conexões são feitas de uma maneira tal que as linhas de alimentação de dois componentes similares estejam sempre conectadas em paralelo por meio de cada dispositivo de comutação 130, 131, 132, 150, 151, 152, 170, 171, 172.

Por exemplo, as linhas de alimentação dos retificadores 141 e 142 são conectadas em paralelo pela atuação do dispositivo de comutação 130, as entradas dos inversores 161 e 162 pela atuação do dispositivo de comutação 150, e as entradas dos inversores 162 e 163 pela atuação do dispositivo de comutação 151. Percebe-se que combinações a esse respeito são também possíveis.

A fim de evitar uma reação de componentes falhos ou defeituosos naqueles que continuam ainda operacionáveis, providos nas linhas de alimentação e linhas de saída dos componentes individuais ficam dispositivos de comutação 133, 146; 134, 147; 135, 148; 136, 149; 153, 166; 154, 167; 155, 168; 156, 169; 173, 186; 174, 187; 175, 188; 176, 189 que preferivelmente, desconectam o respectivo componente, com todas as linhas.

No caso de um defeito em um componente seu, esse componente é desviado pela atuação adequada dos dispositivos de comutação 130-136, 146-156, 166-176 e 186-189, de maneira tal que, a despeito do defeito, a instalação de energia eólica ainda entrega a maior parte da energia gerada, ou até mesmo toda a energia gerada.

A fim de prevenir sobrecarga dos componentes intactos que permaneceram, e portanto prevenir falha prematura dos mesmos, esses componentes são preferivelmente, superdimensionados em cerca de 20%, de maneira tal que, mesmo quando esses componentes remanescentes forem carregados com a potência de saída de um componente falho, isso não provoque nenhuma sobrecarga.

Os dispositivos de comutação 130-136, 146-156, 166-176 e 186-189 ficam, neste caso, arranjados e controlados de uma maneira tal que, reconhecidamente, seja possível desviar de um componente tal como, por exemplo, um retificador 141, 142, 143, 144 ou um inversor 161, 162, 163, 164, mas que não seja possível mudar uma função implementada por tais componentes.

No caso de uma falha, por exemplo, do inversor 162, os dispositivos de comutação normalmente abertos 150, 151, 152 podem ser fechados a fim de conectar o resto dos inversores 161, 163, 164 à linha de alimentação do inversor 162. Ao mesmo tempo, os dispositivos de comutação normalmente fechados 154, 167 são atuados e, portanto, abertos a fim de desconectar o inversor falho 162.

Finalmente, os dispositivos de comutação normalmente abertos 170, 171, 172 podem ser atuados e, portanto, fechados, de maneira tal que os três inversores 161, 163, 164 novamente ajam em todos os quatro transformadores 181, 182, 183, 184.

Desta maneira, o inversor falho 162 é desviado e, a despeito da falha do inversor 162, a instalação de energia eólica pode entregar toda a energia disponível produzida.

A figura 3 mostra uma modalidade particularmente preferida dos enrolamentos de estator e o retificador conectados à jusante do mesmo, com utilização do exemplo do sistema 101. Os enrolamentos de estator 1211 e 1212 com o retificador conectado à jusante 141 estão aqui descritos. Este arranjo que está descrito a título de exemplo é idêntico ao dos outros sistemas redundantes 102, 103, 104.

O estator 121, o qual não está mostrado na figura 3, leva dois enrolamentos de estator 1211, 1212, os quais ficam defasados 30° um em relação ao outro. Ambos os enrolamentos de estator 1211, 1212 têm a forma de enrolamentos de corrente trifásica e, portanto, cada um tem três enrolamento de fase 1213, 1214, 1215 e 1216, 1217, 1218. Esse total de seis enrolamentos de fase 1213, 1214, 1215, 1216, 1217, 1218 são conectados a um retificador hexafásico 141.

O ângulo de fase entre as fases individuais 1213, 1214, 1215 e 1216, 1217, 1218 de um enrolamento é de 120°. Se for considerado um rotor (não mostrado) girando no sentido horário, então as fases das tensões induzidas no enrolamento 1211 atrasam as fases das tensões induzidas no enrolamento 1212 em 30°. Como as fases de um enrolamento são deslocadas 120° uma em relação à outra, por exemplo, a tensão na fase 1214 no enrolamento 1211 atrasa a tensão na fase 1217 no enrolamento 1212 em 30°, mas avança a fase 1218 no enrolamento 1212 em 90°. Desta maneira, uma parte da energia do excitador necessária à fase 1218 pode ser produzida na fase 1214.

Como ambos os enrolamentos de corrente trifásica 1211, 1212 são arranjados em um estator 121, uma redundância interna já esta incorporada aqui, de maneira tal que, com a falha de um enrolamento 1211, 1212, o outro enrolamento 1212, 1211 pode sempre ainda produzir potência de saída, a qual é então transmitida ao retificador 141.

Uma modalidade preferida de um inversor 161, 162, 163, 164 de acordo com a invenção está mostrada na figura 4. A provisão de diversos inversores 161, 162, 163, 164 fornece redundância externa.

Tomando o exemplo do inversor 161, cuja estrutura é a mesma da estrutura dos outros inversores 162, 163, 164, a figura 4 mostra que ele é feito de três módulos 1611, 1612, 1613, os quais incorporam resistência interna. A estrutura dos módulos individuais 1611, 1612, 1613 é a mesma entre eles; no presente caso, eles têm IGBT como elementos de comutação que pela atuação adequada produzem a tensão ca a partir da tensão cc aplicada + Ud e - Ud. Além do mais, a estrutura e o modo de operação de tais módulos são conhecidos na tecnologia de ponta e, portanto, uma descrição detalhada do modo de operação não será aqui incluída.

Cada módulo 1611, 1612, 1613 produz uma tensão ca trifásica a partir da tensão cc aplicada e pode ser conectado por meio de comutadores 1614, 1615, 1616 às saídas Lí, L2, L3 do inversor 161.

O número de módulos em um inversor 161, 162, 163, 164,

X entretanto, não se limita a três. E igualmente possível selecionar um número diferente de módulos 1611, 1612, 1613 e, preferivelmente, um número maior a fim de também incorporar uma redundância interna desejada, além da redundância externa.

O número de módulos novamente possibilita implementar superdimensionamento a fim de, neste caso, também evitar sobrecarga e, assim, falha prematura, no caso de um defeito em um outro inversor 161, 162, 163, 164.

A figura 5 mostra um arranjo de redundância de transformadores 181, 182, 183, 184, o qual tem, preferivelmente, a forma de transformadores de corrente trifásica e que no lado primário são atuados, por exemplo, em cada caso, com 3 x 400 V dos inversores 161, 162, 163, 164 e, que no lado secundário, entregam, por exemplo, a uma rede de média tensão uma tensão ca que é transformada, por exemplo, em 3 x 20 kV.

Esses transformadores 181, 182, 183, 184 são preferivelmente, também superdimensionados a fim de permitir operar confiavelmente, mesmo depois de ser submetido à aplicação de potência de saída adicional proveniente de um transformador defeituoso ou falho 181, 182, 183, 184.

A figura 5 novamente mostra os dispositivos de comutação 170, 171, 172, 173, 174, 175, 176, 186, 187, 188, 189 que permite o desvio de um transformador falho 181, 182, 183, 184. Nesse caso, dispositivos de comutação 173, 186; 174, 187; 175, 188; 176, 189 permitem que os enrolamentos primário e secundário dos transformadores falhos 181, 182,

183, 184 sejam desligados a fim de, desta maneira, evitar uma mudança de impedância por causa da conexão paralela dos enrolamentos primários e/ou enrolamentos secundários dos transformadores 181, 182, 183, 184 com o fechamento dos dispositivos de comutação 170, 171, 172.

Com esse propósito, os dispositivos de comutação 173, 174, 175, 176 arranjados no lado primário e os dispositivos de comutação 186, 187, 188, 189 arranjados no lado secundário são projetados de maneira tal que eles separem galvanicamente todos os terminais do enrolamento do transformador correspondente. Com relação a isso, o controle é feito, preferivelmente, de uma maneira tal que ambos os dispositivos de comutação 173, 186 174, 187; 175, 188; 176, 189 em um transformador 181, 182, 183,

184, ou seja, por exemplo, o dispositivo de comutação do lado primário 174 e o dispositivo de comutação do lado secundário 187 no transformador 182, sejam sempre atuados simultaneamente, a fim de desconectar confiavelmente o transformador 182.

A figura 6 mostra uma segunda modalidade da presente invenção. Esta modalidade corresponde nas suas partes maiores à modalidade mostrada na figura 2 e difere delas em virtude da economia de dispositivos de comutação 130, 131, 132, 150, 151, 152, 170, 171, 172 da figura 2 entre cada dois componentes, de maneira tal que os componentes similares dos sistemas individuais 101, 102, 103, 104 da figura 1 sejam conectados em paralelo e, dessa forma, em operação normal, sejam todos atuados com aproximadamente um quarto da potência de saída produzida.

De uma maneira correspondente ao arranjo da primeira modalidade, os dispositivos de comutação 133, 134, 135, 136, 146, 147, 148, 149, 153, 154, 155, 156, 167, 168, 169, 173, 174, 175, 176, 186, 187, 188, 189 ficam fechados em operação normal, de maneira tal que todos os sistemas 101, 102, 103, 104 fiquem operando.

Se agora ocorrer um defeito num componente, esse componente é desconectado pela abertura dos dispositivos de comutação 133, 146; 134, 147; 135, 148; 136, 149; 153, 166; 154, 167; 155, 168; 156, 169; 173, 186; 174, 187; 175, 188; 176, 189 arranjados na linha de alimentação e na linha de saída do componente em questão, e os outros componentes nos outros sistemas 101, 102, 103, 104 (figura 1) são atuados automaticamente com um nível de potência de saída mais alto.

Isto pode também ser visto claramente novamente pela figura 7, na qual os transformadores 181, 182, 183, 184 são conectados em paralelo pelos dispositivos de comutação normalmente fechados 173, 174, 175, 176, 186, 187, 188, 189. Se agora se observar que um transformador 181, 182, 183, 184 está estragado ou defeituoso, os dispositivos de comutação associados 173, 186; 174, 187; 175, 188; 176, 189 são atuados (abertos) e o transformador em questão é desconectado, enquanto que os outros transformadores 181, 182, 183, 184 são respectivamente, atuados com um nível mais alto de potência de saída, e a instalação de energia eólica ainda entrega toda a energia produzida.

Preferivelmente, os retificadores 141, 142, 143, 144 mostrados a título de exemplo na figura 1 ficam dispostos no alojamento da máquina, ou seja, na carcaça da instalação de energia eólica. Os inversores 161, 162, 163, 164 ficam preferivelmente, dispostos na região de base do pilão de uma instalação de energia eólica e os inversores e os retificadores são conectados entre si por meio de barras coletoras de corrente contínua 205, 206, 207, 208. O transformador para alimentar potência de saída elétrica produzida na rede, no caso de uma instalação de energia eólica fora da orla, pode também ficar disposta na região de base mais inferior de um pilão da invenção, ou seja, abaixo da linha d’ água.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Instalação de energia eólica com um arranjo de gerador, que compreende um rotor e, pelo menos, quatro estatores (121, 122, 123, 124), cada qual com, pelo menos, um enrolamento de estator (1211, 1212), caracterizada

5 pelo fato de que associado com cada estator fica, pelo menos, uma configuração em linha a qual compreende um retificador (141, 142, 143, 144), um inversor (161, 162, 163, 164) e um transformador (181, 182, 183, 184).
2. Instalação de energia eólica, de acordo com a reivindicação

1, caracterizada por compreender estatores (121, 122, 123, 124) que estão na

10 forma de segmentos de um anel circular.
3. Instalação de energia eólica, de acordo com a reivindicação

2, caracterizada pelo fato de os estatores (121, 122, 123, 124) serem dispostos na forma de um anel circular em torno do rotor montado de modo rotativo do arranjo de gerador.

15 4. Instalação de energia eólica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada por compreender pelo menos um estator (121, 122, 123, 124) com dois enrolamentos (1211, 1212).

5. Instalação de energia eólica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada por compreender dois enrolamentos (1211,

20 1212) em cada estator (121, 122, 123, 124).

6. Instalação de energia eólica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de pelo menos um enrolamento de estator (1211, 1212) ser um enrolamento de corrente trifásica.

7. Instalação de energia eólica, de acordo com qualquer uma 25 das reivindicações 1 a 6, caracterizada pelo fato de pelo menos um enrolamento (1211, 1212) de cada estator (121, 122, 123, 124) ser um enrolamento de corrente trifásica.

8. Instalação de energia eólica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizada por compreender enrolamentos de estator

Petição 870170045468, de 29/06/2017, pág. 8/14 (1211, 1212) os quais, sem exceção, estão na forma de enrolamentos de corrente trifásica.

9. Instalação de energia eólica, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 4 a 8, caracterizada pelo fato de que dois enrolamentos

5 (1211, 1212) de pelo menos um estator (121, 122, 123, 124) estão deslocados eletricamente um em relação ao outro em 30^o.

10. Instalação de energia eólica, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 5 a 8, caracterizada pelo fato de os enrolamentos (1211, 1212), em cada estator (121, 122, 123, 124), estarem deslocados eletricamente

10 um do outro em 30^o.

11. Instalação de energia eólica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizada pelo fato de compreender pelo menos um retificador (141, 142, 143, 144) associado com cada estator (121, 122, 123, 124).

15 12. Instalação de energia eólica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizada por compreender um retificador (141, 142, 143, 144) associado com cada enrolamento de estator (1211, 1212).

13. Instalação de energia eólica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizada pelo fato de compreender pelo menos

20 um retificador (141, 142, 143, 144) que é superdimensionado em 20%.

14. Instalação de energia eólica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizada pelo fato de que todos os retificadores (141, 142, 143, 144) são superdimensionados em 20%.

15. Instalação de energia eólica, de acordo com qualquer uma 25 das reivindicações 1 a 14, caracterizada por compreender conexões das linhas de entrada dos retificadores (141, 142, 143, 144) reciprocamente e/ou conexões das linhas de saída dos retificadores (141, 142, 143, 144) reciprocamente.

16. Instalação de energia eólica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 15, caracterizada pelo fato de compreender dispositivos

Petição 870170045468, de 29/06/2017, pág. 9/14 de comutação (130, 131, 132) entre dois respectivos retificadores (141, 142, 143, 144).

17. Instalação de energia eólica, de acordo com a reivindicação 16, caracterizada pelo fato de que os dispositivos de comutação (130, 131, 132)

5 estão inseridos nas conexões entre as linhas de entrada dos retificadores (141, 142, 143, 144).

18. Instalação de energia eólica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 17, caracterizada pelo fato de compreender pelo menos um dispositivo de comutação (133, 146; 134, 147; 135, 148; 136, 149) na linha

10 de entrada e/ou na linha de saída de cada retificador (141, 142, 143, 144).

19. Instalação de energia eólica, de acordo com a reivindicação 18, caracterizada por compreender um acionamento conjunto dos dispositivos de comutação (130, 131, 132) na linha de entrada e/ou na linha de saída do retificador (141, 142, 143, 144) a ser desconectado.

15 20. Instalação de energia eólica, de acordo com a reivindicação

18 ou 19, caracterizada pelo fato de que dispositivos de comutação (133, 146; 134, 147; 135, 148; 136, 149) separam todos os terminais do retificador (141, 142, 143, 144) a ser desconectado.

21. Instalação de energia eólica, de acordo com qualquer uma

20 das reivindicações 1 a 20, caracterizada pelo fato de compreender pelo menos um inversor (161, 162, 163, 164) associado com cada estator (121, 122, 123, 124).

22. Instalação de energia eólica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 21, caracterizada pelo fato de compreender pelo menos

25 um inversor (161, 162, 163, 164) associado com cada enrolamento de estator (1211, 1212).

23. Instalação de energia eólica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 22, caracterizada pelo fato de compreender pelo menos um inversor (161, 162, 163, 164) que inclui dois ou mais módulos inversores

Petição 870170045468, de 29/06/2017, pág. 10/14 (1611, 1612, 1613).

24. Instalação de energia eólica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 23, caracterizada pelo fato de compreender pelo menos um inversor (161, 162, 163, 164) que é superdimensionado em 20%.

5 25. Instalação de energia eólica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 24, caracterizada pelo fato de todos os inversores (161,

162, 163, 164) serem superdimensionados em 20%.

26. Instalação de energia eólica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 25, caracterizada por compreender conexões das linhas

10 de entrada dos inversores (161, 162, 163, 164) reciprocamente e/ou conexões das linhas de saída dos inversores (161, 162, 163, 164) reciprocamente.

27. Instalação de energia eólica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 26, caracterizada pelo fato de compreender dispositivos de comutação (150, 151, 152) entre dois respectivos inversores (161, 162, 163,

15 164).

28. Instalação de energia eólica, de acordo com a reivindicação 27, caracterizada pelo fato de que os dispositivos de comutação (150, 151, 152) estão inseridos nas conexões entre as linhas de entrada dos inversores (161, 162,

163, 164).

20 29. Instalação de energia eólica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 28, caracterizada pelo fato de compreender pelo menos um dispositivo de comutação (153, 166; 154, 167; 155, 168; 156, 169) na linha de entrada e/ou na linha de saída de cada inversor (161, 162, 163, 164).

30. Instalação de energia eólica, de acordo com a reivindicação

25 26, caracterizada por compreender um acionamento conjunto dos dispositivos de comutação (150, 151, 152) na linha de entrada e/ou na linha de saída do inversor (161, 162, 163, 164) a ser desconectado.

31. Instalação de energia eólica, de acordo com a reivindicação 27 ou 30, caracterizada pelo fato de que dispositivos de comutação (153, 166;

Petição 870170045468, de 29/06/2017, pág. 11/14

154, 167; 155, 168; 156, 169) separam todos os terminais do inversor (161, 162, 163, 164) a ser desconectado.

32. Instalação de energia eólica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 31, caracterizada pelo fato de compreender pelo menos

5 um transformador (181, 182, 183, 184) associado com cada estator (121, 122, 123, 124).

33. Instalação de energia eólica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 32, caracterizada pelo fato de compreender pelo menos um transformador (181, 182, 183, 184) associado com cada enrolamento de

10 estator (1211, 1212).

34. Instalação de energia eólica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 33, caracterizada pelo fato de compreender pelo menos um transformador (181, 182, 183, 184) na forma de transformador de corrente trifásica.

15 35. Instalação de energia eólica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 34, caracterizada pelo fato de os transformadores (181, 182, 183, 184) estarem, sem exceção, na forma de transformadores de corrente trifásica.

36. Instalação de energia eólica, de acordo com qualquer uma

20 das reivindicações 1 a 35, caracterizada pelo fato de compreender pelo menos um transformador (181, 182, 183, 184) que é superdimensionado em 20%.

37. Instalação de energia eólica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 36, caracterizada pelo fato de todos os transformadores (181, 182, 183, 184) serem superdimensionados em 20%.

25 38. Instalação de energia eólica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 37, caracterizada pelo fato de compreender conexões das linhas de entrada daqueles transformadores (181, 182, 183, 184) reciprocamente e/ou conexões das linhas de saída daqueles transformadores (181, 182, 183, 184) reciprocamente.

Petição 870170045468, de 29/06/2017, pág. 12/14

39. Instalação de energia eólica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 38, caracterizada pelo fato de compreender dispositivos de comutação (170, 171, 172) entre dois respectivos transformadores (181, 182, 183, 184).

5 40. Instalação de energia eólica, de acordo com a reivindicação

39, caracterizada pelo falto de tais dispositivos de comutação (170, 171, 172) estarem inseridos nas conexões entre as linhas de entrada dos transformadores (181, 182, 183, 184).

41. Instalação de energia eólica, de acordo com qualquer uma

10 das reivindicações 1 a 40, caracterizada pelo fato de compreender dispositivos de comutação (173, 174, 175, 176, 186, 187, 188, 189) no lado primário e no lado secundário de cada transformador (181, 182, 183, 184).

42. Instalação de energia eólica, de acordo com a reivindicação 41, caracterizada por compreender um acionamento conjunto do dispositivo de

15 comutação (173, 174, 175, 176) no lado primário de um transformador (181,

182, 183, 184) a ser desconectado, e do dispositivo de comutação (186, 187, 188, 189) no lado secundário do mesmo transformador (181, 182, 183, 184).

43. Instalação de energia eólica, de acordo com a reivindicação 41, caracterizada pelo fato de ditos dispositivos de comutação (173, 174, 175,

20 176, 186, 187, 188, 189) serem projetados de tal maneira que eles desconectem galvanicamente o lado primário e o lado secundário do transformador (181, 182,

183, 184) com todos os terminais.

44. Instalação de energia eólica, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 15 a 33, caracterizada pelo fato de que compreende um

25 dispositivo de controle que controla os dispositivos de comutação (130, 131, 132, 133, 134, 135, 136, 146, 147, 148, 149, 150, 151, 152, 153, 154, 155, 156, 166, 167, 168, 169, 170, 171, 172, 173, 174, 175, 176, 186, 187, 188, 189) na dependência do componente falhado ou defeituoso.

45. Instalação de energia eólica, de acordo com qualquer uma

Petição 870170045468, de 29/06/2017, pág. 13/14 das reivindicações de 15 a 33, caracterizada pelo fato de que compreende um dispositivo de controle que controla os dispositivos de comutação (130, 131, 132, 133, 134, 135, 136, 146, 147, 148, 149, 150, 151, 152, 153, 154, 155, 156, 166, 167, 168, 169, 170, 171, 172, 173, 174, 175, 176, 186, 187, 188,

5 189) tendo em consideração a potência de saída produzida ou a ser comutada.

46. Instalação de energia eólica, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 16 a 45, caracterizada pelo fato de ditos dispositivos de comutação (130, 131, 132, 133, 134, 135, 136, 146, 147, 148, 149, 150, 151, 152, 153, 154, 155, 156, 166, 167, 168, 169, 170, 171, 172, 173, 174, 175,

10 176, 186, 187, 188, 189) serem pelo menos em parte dispositivos de comutação eletromecânicos.

47. Instalação de energia eólica, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 16 a 45, caracterizada pelo fato de ditos dispositivos de comutação (130, 131, 132, 133, 134, 135, 136, 146, 147, 148, 149, 150, 151,

15 152, 153, 154, 155, 156, 166, 167, 168, 169, 170, 171, 172, 173, 174, 175,

176, 186, 187, 188, 189) serem pelo menos em parte dispositivos de comutação eletrônicos.

48. Instalação de energia eólica, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 47, caracterizada por ter um arranjo de gerador incluindo

20 um rotor, e ao menos um estator que só envolve parcialmente a periferia do rotor.

49. Instalação de energia eólica, de acordo com a reivindicação 48, caracterizada pelo fato de que dito arranjo de gerador tem pelo menos dois estatores, os quais no geral envolvem completamente o rotor.

50. Instalação de energia eólica, de acordo com a reivindicação

25 48 ou 49, caracterizada pelo fato de que todos os estatores são suportados por um anel de estator comum.

51. Instalação de energia eólica, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 48 a 50, caracterizada pelo fato de cada estator individual poder ser substituído enquanto que retém os outros estatores.

Petição 870170045468, de 29/06/2017, pág. 14/14

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