ES2198791T3 - Procedimiento para el funcionamiento de una planta de energia eolica, asi como planta de energia eolica. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para el funcionamiento de una planta de energía eólica con un generador eléctrico accionado por un rotor, para suministrar potencia eléctrica a una red eléctrica (6), especialmente a los consumidores conectados, caracterizado porque la planta de energía eólica se pone en funcionamiento sin suministrar potencia a la red eléctrica si la tensión de la red es mayor o menor que un valor de tensión predeterminado de la red (Umin, Umax), en donde los valores de tensión de la red predeterminados son mayores o menores que el valor teórico de tensión de la red (véase figura 3).

Description

Procedimiento para el funcionamiento de una planta de energía eólica, así como planta de energía eólica.

La presente invención trata de un procedimiento para el funcionamiento de una planta de energía eólica con un generador eléctrico, que se puede propulsar a través de un rotor, para suministrar potencia eléctrica a un consumidor eléctrico, especialmente una red eléctrica.

La invención trata, además, de una planta de energía eólica con un rotor y un generador eléctrico acoplado al rotor para suministrar potencia eléctrica a un consumidor eléctrico, especialmente una red eléctrica.

En las plantas de energía eólica conocidas para generar energía eléctrica a través del viento, el generador y el consumidor eléctrico, con frecuencia una red eléctrica, funcionan paralelamente. Durante el funcionamiento de la planta de energía eólica, la potencia eléctrica suministrada por el generador, varía en dependencia de la velocidad del viento y, por consiguiente, de la potencia del aire. Esto tiene como consecuencia que también la tensión eléctrica del generador es variable en dependencia de la potencia del viento. Esto lleva a los siguientes problemas:

Alimentar una red eléctrica, por ejemplo, una red eléctrica pública, con la potencia eléctrica generada lleva a un aumento de la tensión de la red en un punto de enlace o de conexión a la red en el que la potencia eléctrica del generador alimenta la red. Especialmente durante cambios de tensión fuertes de la tensión del generador se producen cambios indeseados de la tensión de la red.

Bajo circunstancias especiales puede ocurrir que la tensión de la red, en la red de abastecimiento, aumenta a un valor alto indeseado. Este es especialmente el caso si la potencia tomada por el consumidor es muy baja, mientras que se produce una potencia eléctrica alta para la red de abastecimiento. Semejantes situaciones se pueden presentar, por ejemplo, durante la noche cuando la potencia eléctrica de consumo en los hogares es más bien baja, mientras que con viento fuerte se pone a disposición de la red de abastecimiento una alta potencia eléctrica correspondiente a través de un convertidor de energía eólica. Cuando la tensión en la red de abastecimiento o el punto de conexión a la red de la planta de energía eólica, aumenta por encima de un valor predeterminado, la planta de energía eólica, o su generador, se tiene que separar de la red y la planta de energía eólica tendría que desconectarse totalmente de la red, porque ya no se puede tomar más potencia. Semejante desconexión lleva a una interrupción de la alimentación de potencia eléctrica a una red, indeseada igualmente para el explotador de la planta de energía eólica y el explotador de la red.

Por los documentos DE-PS368799, DE-OS 4428085 así como DE-OS3023195 se conoce en general que en plantas de energía eólica o generadores solares la potencia facilitada por el generador oscila, lo que, a la hora de alimentar la red 24, lleva a los problemas antes descritos.

Además, por el documento DE-PS3833719 se conoce una red y un grupo electrógeno para el suministro del consumidor en forma de una planta de energía eólica que alimenta la red con la potencia eléctrica facilitada por el generador de la planta de energía eólica por medio de un ondulador. Por el documento DE3438893 se conoce un grupo electrógeno que tiene un generador con regulación del número de revoluciones y en el que el generador se controla de tal manera que la tensión del generador sea constante en el valor y en la frecuencia. Además, por el documento DE3833719 se conoce un grupo electrógeno con una máquina de propulsión solicitada con entrega oscilante de energía primaria que da a conocer las características del procedimiento del preámbulo de la reivindicación 1 y las plantas de energía eólica del preámbulo de la reivindicación 3.

El objetivo de la presente invención consiste en indicar un procedimiento para el funcionamiento de una planta de energía eólica así como para una planta de energía eólica que evite las desventajas del estado de la técnica y evite especialmente las oscilaciones de tensión para el consumidor, especialmente una red eléctrica, así como una desconexión indeseada de la planta de energía eólica.

La invención consigue el objetivo a través de un procedimiento con la característica según la reivindicación 1 así como una planta de energía eólica con la característica según la reivindicación 3.

En un dispositivo de ese tipo anteriormente mencionado, el objetivo se consigue a través de una instalación de regulación con un receptor de tensión para recibir una tensión eléctrica, por ejemplo, una tensión de red, existente en el lado del consumidor, de modo que la potencia suministrada al consumidor a través del generador se puede regular dependiendo de la tensión recibida por el receptor de tensión.

Como ya se ha descrito, durante la producción de energía se pueden producir oscilaciones de la energía que se puede generar, un hecho natural en el caso de las plantas de energía eólica que dependen de la fuerza del viento. Estas oscilaciones, sin embargo, no son punto de partida de la invención. La invención se dedica, más bien, al problema de que también en el lado del consumidor existen oscilaciones en el consumo de potencia, lo que tiene como resultado una tensión de red oscilante. Como es sabido, semejantes tensiones de red son críticas porque los aparatos eléctricos, especialmente, los ordenadores, frecuentemente se protegen sólo de modo insuficiente frente a oscilaciones críticas de tensión. Por consiguiente, la invención prevé que no solamente se toma en consideración la oscilación a la hora de la producción de energía en el lado del productor, sino también la oscilación en el lado del consumidor a la hora de la alimentación de energía, de modo que la tensión eléctrica suministrada se regula, en el punto de alimentación, al valor teórico.

La invención evita oscilaciones indeseadas en la tensión existente en el consumidor, especialmente, la tensión eléctrica existente en una red, regulando la potencia eléctrica emitida por el generador en dependencia de la tensión del consumidor o de la red. De esta manera, se evitan también oscilaciones de tensión indeseadas que se pueden producir por cambios de la potencia del viento.

Otra ventaja de la invención es que incluso durante cambios fuertes de la potencia del viento no hace falta desconectar la planta de energía eólica para evitar oscilaciones en la red. Según la invención, la planta de energía eólica sigue en marcha incluso durante cambios fuertes de la potencia del viento sin que se produzcan cambios de tensión de la red. Para ello, según la invención, la instalación de regulación está equipada con receptores de tensión para recibir la tensión existente en el lado del consumidor o en la red.

Además, con la ayuda de la invención, incluso con una potencia del viento constante, se pueden compensar oscilaciones de tensión de la red, como se producen regularmente en redes eléctricas para el suministro de electricidad, porque algunos consumidores conectados a la red consumen temporalmente potencias altas de la red, lo que puede llevar a una reducción de tensión. En el caso de semejante reducción de tensión, la planta de energía eólica, según la invención, puede alimentar la red con una potencia eléctrica aumentada y compensar de esta manera las oscilaciones de tensión. Para ello, se aumenta por ejemplo, sobre la base del valor de la tensión de la red según la invención, la tensión de la alimentación en la interfaz entre la planta de energía eólica y la red.

Según una forma de realización preferida del procedimiento de la invención, se regula la potencia emitida regulando la tensión eléctrica suministrada en el valor teórico deseado. Con esto, se puede efectuar de manera muy sencilla una compensación de la tensión de la red que se puede producir, como se ha descrito anteriormente, por ejemplo, cuando un consumidor conectado a la red necesita una potencia alta.

Según otra forma de realización preferida de la invención, se suministra la tensión eléctrica como tensión alterna con una frecuencia que se puede fijar. De este modo la potencia alimentada se puede adaptar a las situaciones de la red y se puede ejercer una influencia sobre la frecuencia de la red. Es de utilidad que la frecuencia que se puede fijar se corresponda con la frecuencia de la red.

La planta de energía eólica, según la invención, se perfecciona por medio de una instalación de regulación que tiene un microprocesador, ya que de esta manera se puede realizar una regulación digital.

A continuación, se muestran dibujos de la invención mediante un ejemplo de realización de un procedimiento para el funcionamiento de una planta de energía eólica. Se muestra:

Figura 1 una planta de energía eólica que alimenta una red, en una representación esquemática;

Figura 2 una instalación de regulación según la invención para el funcionamiento de una planta de energía eólica; y

Figura 3 un diagrama que ilustra la relación entre la potencia del viento y la tensión de la red.

Una planta de energía eólica 2, representada de modo esquemático en la figura 1, con un rotor 4, está conectada con una red eléctrica 6 que puede ser por ejemplo una red pública. A la red están conectadas varios consumidores eléctricos 8.

El generador eléctrico, no representado en la figura 1, de la planta de energía eólica 2, está conectado a una agrupación eléctrica de control y regulación 10 que, al principio, rectifica la corriente alterna y después la convierte en una tensión alterna que se corresponde con la frecuencia de la red. En lugar de una red 6, también se podría alimentar un solo consumidor con energía eléctrica a través de la planta de energía eólica 2. La agrupación de control y regulación 10 tiene una instalación de regulación según la invención.

La figura 2 representa la instalación de regulación según la invención. El rotor 4, representado de modo esquemático, está conectado a un generador 12 que suministra una potencia eléctrica en dependencia de la velocidad del viento y, con ello, de la potencia del viento. Al principio, la tensión alterna generada por el generador 12 se puede rectificar y después se puede convertir en una tensión alterna que tiene una frecuencia correspondiente a la frecuencia de la red.

Con la ayuda de un receptor de tensión (no representado) se puede determinar la tensión de la red en un lugar de la red 6 (figura 1). En dependencia de la tensión de la red determinada, se calcula, dado el caso, con la ayuda de un microprocesador, representado en la figura 4, una tensión óptima del generador U_{teórico} (véase figura 2). Con ayuda de la instalación de regulación, se regula luego la tensión del generador U_{real} en el valor de tensión U_{teórico}. Por medio de esta regulación de la tensión del generador, se regula la potencia eléctrica suministrada a un consumidor, en el ejemplo de realización, la red 6. Por semejante alimentación regulada de la potencia suministrada a través de la planta de energía eólica se pueden evitar o reducir considerablemente oscilaciones en la tensión de la red 6.

El diagrama representado en la figura 3 ilustra la relación entre la potencia suministrada por la planta de energía eólica, colocada en las ordenadas, y la tensión de la red, colocada en las abscisas. Si la tensión de la red difiere sólo un poco de su valor teórico, que se encuentra entre los valores de tensión U_{min} y U_{max}, se suministra una potencia constante, correspondiente al segmento recto superior de la curva I (línea recta paralelamente a las abscisas). Si la tensión de la red aumenta todavía más y sobrepasa un valor determinado por el punto P1, se reduce la potencia que se ha alimentado. Si se alcanza al valor U_{max}, la potencia alimentada corresponde a cero (punto P2). Incluso dado el caso de que exista una potencia del viento alta en el punto P2, no se alimenta la red con potencia. Si la potencia del viento disminuye de manera fuerte, la red sólo se puede alimentar con una potencia reducida. Incluso, si por parte del convertidor de la energía del viento ya no se suministra ninguna potencia, el convertidor sigue en marcha, pero sin suministro de potencia, de modo que siempre se puede suministrar potencia en cuanto la tensión de la red se encuentre otra vez entre U_{min} y U_{max}.

La figura 4 muestra componentes esenciales de la agrupación de control y regulación 10 de la figura 1. La agrupación de control y regulación 10 tiene un rectificador de corriente 16, en el que se rectifica la tensión alterna generada en el generador. Un transformador de frecuencias 18 conectado al rectificador de corriente 16 transforma el voltaje continuo rectificado en tensión alterna, que se alimenta a la red 6, como tensión alterna trifásica a través de las líneas L1, L2 y L3. El transformador de frecuencias 18 se controla por medio de un microordenador 20 que forma parte de la instalación de regulación completa. Para ello, el microprocesador 20 está conectado con el transformador de frecuencias 18. Las magnitudes de entrada para regular la tensión, con la que la potencia eléctrica suministrada por la planta de energía eólica 2 es alimentada a la red 6 son la tensión de la red actual U, la frecuencia de la red f, la potencia eléctrica P del generador, el factor de la potencia reactiva cos\varphi, así como el gradiente de la potencia dP/dt. En el microprocesador 20 se realiza la regulación según la invención de la potencia que tiene que ser alimentada.

La figura 5 ilustra el transcurso temporal de las tensiones y de las corrientes de las tres fases de la red 6.

Claims (3)

1. Procedimiento para el funcionamiento de una planta de energía eólica con un generador eléctrico accionado por un rotor, para suministrar potencia eléctrica a una red eléctrica (6), especialmente a los consumidores conectados, caracterizado porque la planta de energía eólica se pone en funcionamiento sin suministrar potencia a la red eléctrica si la tensión de la red es mayor o menor que un valor de tensión predeterminado de la red (U_{min}, U_{max}), en donde los valores de tensión de la red predeterminados son mayores o menores que el valor teórico de tensión de la red (véase figura 3).

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque siempre se puede realizar un suministro de potencia cuando la tensión de la red haya alcanzado de nuevo un valor que es menor o mayor que el valor de tensión predeterminado de la red

\hbox{(U _{min} ,
U _{max} ).}

3. Plantas de energía eólica para la realización del procedimiento según la reivindicación 1, con un rotor (4) y un generador eléctrico conectado al rotor (4) para el suministro de potencia eléctrica a una red eléctrica (6), a una instalación de regulación con un receptor de tensión para recibir una tensión eléctrica existente en la red eléctrica (6), caracterizadas porque una planta de energía eólica se conecta a la red eléctrica sin suministro de potencia si la tensión de la red es mayor o menor que un valor de tensión predeterminado de la red (U_{min}, U_{max}), en donde el valor de tensión predeterminado de la red es mayor o menor que el valor teórico de la tensión de la red.