ES2286784T3 - Procedimiento para la reduccion del numero de revoluciones de una cadena cinematica en una instalacion de energia eolica, asi como instalacion de energia eolica con al menos dos numeros de revoluciones nominales. - Google Patents
Procedimiento para la reduccion del numero de revoluciones de una cadena cinematica en una instalacion de energia eolica, asi como instalacion de energia eolica con al menos dos numeros de revoluciones nominales. Download PDFInfo
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Abstract
Procedimiento para reducir un número de revoluciones de un cadena cinemática en una instalación de energía eólica con al menos dos motores (G1, G2) asíncronos desde un primer número (n1) de revoluciones a un segundo número (n2) de revoluciones, estando asociado el primer número de revoluciones a un primer motor (G1) asíncrono y el segundo número de revoluciones, a un segundo motor (G2) asíncrono, con las siguientes etapas de procedimiento: - separar el primer motor (G1) asíncrono de la red, - conectar a la red uno o los dos motores (G1, G2) asíncronos con la polaridad (5) cambiada, - separar de la red el motor asíncrono o los motores asíncronos con polaridad cambiada cuando el número de revoluciones de la cadena cinemática sea inferior o igual a un número (nx) de revoluciones predeterminado, - conectar el segundo motor (G2) asíncrono a la red a un régimen del generador.
Description
Procedimiento para la reducción del número de
revoluciones de una cadena cinemática en una instalación de energía
eólica, así como instalación de energía eólica con al menos dos
números de revoluciones nominales.
La presente invención se refiere a un
procedimiento para reducir el número de revoluciones de una cadena
cinemática en una instalación de energía eólica con al menos dos
motores asíncronos, reduciéndose el número de revoluciones desde un
primer número de revoluciones a un segundo número de revoluciones.
La invención también se refiere a un procedimiento para una
instalación de energía eólica con al menos un motor asíncrono de
polos conmutables. Asimismo, la invención se refiere a una
instalación de energía eólica con un dispositivo de motor asíncrono
que puede estar realizado con al menos dos motores asíncronos o con
un motor asíncrono de polos conmutables.
Las instalaciones de energía eólica en las que
se realiza una limitación de la potencia utilizando el efecto
Stall, es decir, por pérdida de la corriente en la pala del rotor,
pueden operar con dos o más números de revoluciones diferentes.
Para esto, estas instalaciones de energía eólica están equipadas con
un motor asíncrono de polos conmutables o con varios motores
asíncronos. En caso de un motor asíncrono de polos conmutables, se
modifica el número de pares de polos del motor. Por ejemplo, en un
denominado "devanado Dahlander" pueden implementarse dos
números de pares de polos con relación 1:2 cambiando los extremos
del devanado de una mitad de la bobina. También son posibles otras
relaciones de números de pares de polos, que normalmente se realizan
mediante dos o más devanados independientes. Se conocen motores
asíncronos de polos conmutables con dos, tres o más números de
revoluciones discretos.
El uso de varios motores asíncronos o uno o
varios motores asíncronos conmutables ofrece la ventaja de que la
instalación de energía eólica puede trabajar de forma alterna con
diferentes números de revoluciones en función de las condiciones
eólicas imperantes.
El concepto de este tipo de instalaciones de
energía eólica con uno o varios números de revoluciones fijos se
denomina también "concepto danés". R. Gash describe en
"Windkraftanlagen: Grundlagen und Entwurf", Teubner, Stuttgart
1996, pp. 316-320, que, al conmutar del número de
revoluciones bajo al número de revoluciones más alto, simplemente
se separa de la red el generador con el número de revoluciones bajo
y se espera hasta que, mediante la acción del viento, el número de
revoluciones de la cadena cinemática haya aumentado hasta que el
generador para el número de revoluciones mayor pueda conectarse a la
red.
Del documento DE19634464C2 se sabe que, al
conmutar del número de revoluciones más alto al número de
revoluciones más bajo, se separa de la red el generador para el
número de revoluciones más alto y, a continuación, se conecta a la
red el generador para el número de revoluciones más bajo. Esto
provoca una deceleración de la cadena cinemática al número de
revoluciones del generador con el número de revoluciones bajo. Tal
como se describe en el documento DE19634646C2, línea 34 de la
columna 2 hasta la línea 45 de la columna 3, esto conduce a cargas
muy elevadas de la cadena cinemática y a reacciones considerables en
la red. Asimismo, en condiciones desfavorables pueden producirse
daños en el generador. Por esto, el documento DE19634464C2 propone
emplear un retardador que se conecte eléctricamente de forma
adicional cuando el generador asíncrono se opera a regímenes
superiores al intervalo óptimo.
Del documento DE10153798C2 se conoce un
dispositivo para frenar la cadena cinemática de una instalación de
energía eólica en caso de una alta carga indeseada, en el que,
además de un par decelerador, mediante un freno hidráulico se
aplica adicionalmente un par decelerador desfasado adaptado a la
frecuencia propia de la cadena cinemática. Con esto se impide que
el par decelerador máximo se introduzca bruscamente en la cadena
cinemática, con lo que se reduce su carga.
E. Philippow describe en el libro
Elektrotechnik, volumen 5, Ed. VEB Verlag Technik Berlin, 2ª ed. sin
modificaciones, 1986, pp. 406-414, un freno de
recuperación en motores asíncronos.
En las notas técnicas D4, 2001 de la empresa ABB
Industry Oy, Finlandia, se describe una serie de sistemas de
frenado para el uso en grúas, ascensores y telesquíes. Como uno de
múltiples procedimientos de frenado posibles se describe un freno
de contracorriente, en el que se conecta un motor en el sentido de
giro opuesto. Tras la deceleración hasta el estado de detención, el
motor comienza a girar en el sentido opuesto si no se interrumpe la
corriente en el momento adecuado. De este procedimiento se describe
que se genera un par de frenado muy elevado, con lo que la
temperatura en el motor aumenta intensamente.
La invención se basa en el objetivo de crear un
procedimiento para reducir el número de revoluciones en la cadena
cinemática y proporcionar una instalación de energía eólica en la
que, mediante la reducción del número de revoluciones, no se
generen cargas demasiado grandes para la cadena cinemática y para
el(los) motor(es) asíncrono(s), ni se
produzcan reacciones en la red.
El objetivo según la invención se consigue
gracias a un procedimiento con las características según las
reivindicaciones 1 y 9. El objetivo también se alcanza mediante una
instalación de energía eólica con las características de la
reivindicación 17. Los objetos de las reivindicaciones dependientes
son configuraciones ventajosas del procedimiento y de la
instalación de energía eólica.
En el procedimiento según la invención para
reducir el número de revoluciones de la cadena cinemática en una
instalación de energía eólica con al menos dos motores asíncronos,
el número de revoluciones se reduce de un primer número de
revoluciones a un segundo número de revoluciones. A este respecto,
el primer número de revoluciones está asociado a un primer motor
asíncrono y el segundo número de revoluciones está asociado a un
segundo motor asíncrono como número de revoluciones (nominal). En
una primera etapa del procedimiento según la invención, el primer
motor asíncrono se separa de la red. Preferiblemente, en este
instante ninguno de los motores asíncronos está conectado a la red.
En un paso siguiente del procedimiento, se conecta a la red uno de
los motores asíncronos con polaridad cambiada. Con esto se ejerce un
par de frenado en la cadena cinemática que gira. En un paso
siguiente, se separa de la red el motor asíncrono con la polaridad
cambiada cuando el número de revoluciones de la cadena cinemática
es inferior a un valor predeterminado del número de revoluciones. A
continuación, se conecta a la red el segundo motor asíncrono en una
polaridad para el funcionamiento del generador. El funcionamiento
de la instalación de energía eólica puede continuarse de esta
manera. Aunque se sabe que en los frenados en contracorriente de
los motores se origina un par de frenado muy elevado, este
procedimiento, al emplearse en el generador de una instalación de
energía eólica, conduce a pares relativamente bajos en la cadena
cinemática y no la carga innecesariamente. En contraposición al
freno aerodinámico previsto también con frecuencia en las
instalaciones de energía eólica y en el que la punta de la pala del
rotor se gira aproximadamente 80º, en el procedimiento de frenado
según la invención no se produce un desarrollo de ruido excesivo.
También se emplean frenos de inmovilización o servicio para conmutar
el número de revoluciones.
En una configuración preferida, la polaridad
cambiada se suspende cuando el número de revoluciones alcanzado
está por debajo de un valor predeterminado que es inferior o igual
al número de revoluciones sincrónico del segundo motor asíncrono.
Por tanto, no se realiza un frenado de la cadena cinemática hasta el
estado de detención.
Preferiblemente, para hacer descender el número
de revoluciones se conecta a la red el primer motor asíncrono con
la polaridad cambiada. De forma alternativa o adicional, también
puede conectarse a la red el segundo motor asíncrono con la
polaridad cambiada. Preferiblemente, un interruptor tiristor conecta
los motores asíncronos a la red, puenteándose el interruptor
tiristor mediante una protección de red al alcanzar el número de
revoluciones nominal. El interruptor tiristor se emplea tanto para
limitar la corriente en los frenados por contracorriente, como
también al tomar el régimen generador del segundo generador,
puenteándose el interruptor tiristor al alcanzar el punto de
trabajo o al transcurrir un intervalo de tiempo predeterminado.
El procedimiento según la invención puede
emplearse también en caso de un motor asíncrono de polos conmutables
con dos o más números de revoluciones discretos. El motor asíncrono
de polos conmutables tiene en una primera etapa un primer número de
revoluciones y, en una segunda etapa, un segundo número de
revoluciones menor. En el procedimiento según la invención, en una
primera etapa se separa el motor asíncrono de la red y, a
continuación, se conecta a la red una etapa del motor asíncrono con
polaridad cambiada. La etapa con la polaridad cambiada se separa
nuevamente de la red cuando el número de revoluciones de la cadena
cinemática es inferior a un valor predeterminado para un número de
revoluciones. También aquí se prefiere el valor predeterminado para
el número de revoluciones, el número de revoluciones sincrónico de
la segunda etapa o un valor predeterminado menor. De forma
conveniente, el motor asíncrono de polos conmutables también está
conectado a la red nuevamente mediante un interruptor tiristor que,
al alcanzar el régimen del generador, se puentea mediante una
protección de red.
El objetivo en el que se basa la invención
también se consigue gracias a una instalación de energía eólica con
un dispositivo de motor asíncrono que tiene al menos dos números de
revoluciones, en el que está previsto un dispositivo de conmutación
en una conexión entre el dispositivo de motor asíncrono y la red que
cambia la polaridad en el dispositivo de motor asíncrono para el
frenado por contracorriente.
En una configuración preferida, el dispositivo
de motor asíncrono tiene dos motores asíncronos con diferente
número de revoluciones, estando previsto el dispositivo de
conmutación en una conexión de uno de los motores asíncronos con la
red. Preferiblemente, se trata en este caso del segundo motor
asíncrono con el número de revoluciones más bajo.
De forma alternativa, el dispositivo de
conmutación también puede estar previsto en una conexión con el
primer motor asíncrono con el número de revoluciones más alto.
Asimismo, el dispositivo de conmutación puede estar dispuesto de
manera que tenga lugar una conmutación de la polaridad en los dos
motores asíncronos configurados independientes
estructuralmente.
En una configuración alternativa, el dispositivo
de motor asíncrono también puede presentar un motor asíncrono de
polos conmutables con al menos dos etapas con diferentes números de
revoluciones, cambiando el dispositivo de conmutación la polaridad
en la primera o la segunda etapa.
Preferiblemente, la instalación de energía
eólica está dotada de un interruptor tiristor que se puentea en
paralelo mediante una protección de red.
A continuación, se describe detalladamente un
ejemplo de realización preferido mediante las siguientes figuras.
Muestran:
la fig. 1 un diagrama de flujo relativo al
procedimiento según la invención;
la fig. 2 un diagrama de conexiones relativo a
la instalación de energía eólica y;
la fig. 3 un desarrollo ilustrativo de un número
de revoluciones durante un frenado.
El ejemplo de realización de la figura 2 se
refiere a dos motores G1, G2 asíncronos dotados en general con los
números de referencia 1 y 2. En el ejemplo de realización mostrado,
al generador G1 está asociado un número n_{1} de revoluciones
elevado, por ejemplo, un número de revoluciones de 1500 rpm. Al
generador G2 está asociado un número n_{2} de revoluciones más
bajo, por ejemplo, de 1000 rpm. La potencia nominal del generador
G2 puede ser, por ejemplo, de 200 kW, mientras que la potencia
nominal del generador G1 en el ejemplo es de 1 MW. Los generadores
pueden estar conectados a la red mediante los interruptores 3 y 4 en
cada caso. Durante el proceso de puesta en marcha de la instalación
de energía eólica normalmente se conecta el generador a la red
mediante un interruptor 7 tiristor para limitar la corriente de
arranque del generador. Tras unos segundos, el interruptor 7
tiristor se puentea mediante la protección 6 de red.
En la instalación de energía eólica según la
invención, está previsto de forma paralela al interruptor 4 un
conmutador 5 que en el estado cerrado cambia la polaridad en el
generador G2. Debido a la polaridad cambiada en el generador G2 se
produce un frenado por contracorriente de la cadena cinemática hasta
que el número de revoluciones alcanzado sea menor que el número de
revoluciones sincrónico del generador G2. Los interruptores 3, 4 y
5 están configurados de modo que están bloqueados entre sí de forma
mecánica o electrónica para sólo cerrar mecánicamente uno de estos
tres interruptores.
El procedimiento según la invención lo realiza
una unidad o módulo de control, no mostrado, dentro de un
dispositivo de control. Como magnitud de entrada en la unidad de
control está ajustado un valor medido o calculado para el número de
revoluciones de la cadena cinemática. En la unidad de control está
almacenado un valor n_{x} de número de revoluciones hasta que se
frena. Como magnitud de salida el dispositivo de control puede
activar el interruptor 5 y, dado el caso, depositar señales de
control para activar el otro interruptor y/o el interruptor
tiristor, o también activarlos directamente. Además, en la unidad de
control pueden estar almacenados otros parámetros para condiciones
de conmutación, pudiendo acceder entonces la unidad de control a
magnitudes características correspondientes para comprobar las
condiciones de conmutación. Las siguientes son posibles condiciones
de conmutación:
- velocidad del viento,
- corriente del generador,
- potencia del generador.
También pueden concebirse combinaciones de estas
condiciones.
A continuación, se hace referencia a la figura
1. El procedimiento para conmutar del generador G1 al generador G2
se realiza con las siguientes etapas:
- -
- durante el funcionamiento 20 del G1 se comprueba si se cumple una condición 21 de desconexión. Si la potencia P del generador es menor que una potencia P_{1 \rightarrow 2} de conmutación predeterminada, entonces en la etapa 212 se cumple la condición de conmutación; de lo contrario, el procedimiento regresa con la etapa 211 al funcionamiento del G1 y a la consulta 21,
- -
- en caso de que se cumpla la condición de conmutación, en la etapa 22, al abrir los interruptores 3 y 6, se separa el generador G1 de la red,
- -
- en la etapa 23, se conecta el generador G2 a la red con alimentación cambiada mediante el cierre del interruptor 5 y la activación del interruptor 7 tiristor en la etapa 24, limitándose la corriente I a un valor I_{Br} adecuado con ayuda del interruptor 7 tiristor
- -
- tras alcanzar un número n_{x} de revoluciones predeterminado inferior al número de revoluciones sincrónico del generador G2, compárese la etapa 25, ramificación 252, el generador G2 se separa de la red mediante el interruptor 7 tiristor (reducción de la corriente a 0, compárese la etapa 26) y la subsiguiente apertura del interruptor 5, compárese la etapa 27,
- -
- por la acción del viento se acelera nuevamente la cadena cinemática al número n_{2} de revoluciones del generador G2. En este caso, partiendo del número n_{x} de revoluciones, se trata de un proceso 28 de arranque conocido en sí mismo para el generador G2. Éste se realiza, por ejemplo, cerrando el interruptor 4 y activando el interruptor 7 tiristor hasta que se alcance un punto de trabajo, a continuación, se puentea el interruptor 7 tiristor mediante el interruptor 6 y el generador pasa al régimen 29 del generador.
La figura 3 muestra esquemáticamente el
desarrollo del número de revoluciones de la cadena cinemática
respecto al tiempo. En un primer tramo 31 de tiempo se presenta el
número n_{1} de revoluciones para el funcionamiento del generador
G1. En el instante 32 se cumple una condición de conmutación y tiene
lugar una deceleración del número 33 de revoluciones hasta un
instante 34 en el que el número de revoluciones es inferior o igual
a un valor n_{x} predeterminado del número de revoluciones. De la
figura 3 se desprende que el valor de n_{x} es menor que el
número n_{2} de revoluciones sincrónico del generador G2. A
continuación del proceso de frenado tiene lugar una aceleración del
generador G2, durante el instante 35, hasta que se alcanza el número
n_{2} de revoluciones para el generador G2 y en el intervalo de
tiempo 36 éste adquiere su régimen regular.
Claims (23)
1. Procedimiento para reducir un número de
revoluciones de un cadena cinemática en una instalación de energía
eólica con al menos dos motores (G1, G2) asíncronos desde un primer
número (n_{1}) de revoluciones a un segundo número (n_{2}) de
revoluciones, estando asociado el primer número de revoluciones a un
primer motor (G1) asíncrono y el segundo número de revoluciones, a
un segundo motor (G2) asíncrono, con las siguientes etapas de
procedimiento:
- -
- separar el primer motor (G1) asíncrono de la red,
- -
- conectar a la red uno o los dos motores (G1, G2) asíncronos con la polaridad (5) cambiada,
- -
- separar de la red el motor asíncrono o los motores asíncronos con polaridad cambiada cuando el número de revoluciones de la cadena cinemática sea inferior o igual a un número (n_{x}) de revoluciones predeterminado,
- -
- conectar el segundo motor (G2) asíncrono a la red a un régimen del generador.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque el número (n_{x}) de revoluciones
predeterminado es inferior o igual al número de revoluciones
sincrónico del segundo motor asíncrono.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque, antes de conectar el segundo motor (G2)
asíncrono, la cadena cinemática de la instalación de energía eólica
se acelera por la acción del viento al segundo número (n_{2}) de
revoluciones.
4. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el primer
generador (G1) se conecta a la red con la polaridad cambiada.
5. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el segundo
generador (G2) se conecta a la red con la polaridad cambiada.
6. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque un interruptor
(7) tiristor conecta a la red los motores (G1, G2) asíncronos.
7. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el interruptor
(7) tiristor realiza una limitación de corriente para
el(los) motor(es) asíncrono(s)
conectado(s) con la polaridad cambiada.
8. Procedimiento según la reivindicación 6 ó 7,
caracterizado porque, al alcanzar el régimen del generador,
el interruptor (7) tiristor se puentea mediante una protección (6)
de red.
9. Procedimiento para reducir un número de
revoluciones de un cadena cinemática en una instalación de energía
eólica con al menos un motor asíncrono de polos conmutables desde un
primer número de revoluciones a un segundo número de revoluciones,
estando asociado el primer número de revoluciones a una primera
etapa y, el segundo número de revoluciones, a una segunda etapa del
motor asíncrono de polos conmutables, con las siguientes etapas de
procedimiento:
- -
- el motor asíncrono de polos conmutables se separa de la red,
- -
- una de las etapas del motor asíncrono de polos conmutables se conecta a la red con la polaridad cambiada,
- -
- la etapa con la polaridad cambiada se separa de la red cuando el número de revoluciones de la cadena cinemática es inferior a un valor (n_{x}) predeterminado para el número de revoluciones,
- -
- la segunda etapa del motor asíncrono de polos conmutables se conecta nuevamente con la red para un régimen de generador.
10. Procedimiento según la reivindicación 9,
caracterizado porque el valor (n_{x}) predeterminado para
el número de revoluciones es inferior o igual al número de
revoluciones sincrónico de la segunda etapa.
11. Procedimiento según la reivindicación 9 ó
10, caracterizado porque, antes de conectar la segunda etapa
del motor asíncrono a la red, la cadena cinemática de la instalación
de energía eólica se acelera por la acción del viento al segundo
número de revoluciones.
12. Procedimiento según una de las revoluciones
9 a 11, caracterizado porque la primera etapa del generador
se conecta a la red con la polaridad cambiada.
13. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 9 a 11, caracterizado porque la segunda
etapa del generador se conecta a la red con la polaridad
cambiada.
14. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 9 a 13, caracterizado porque un interruptor
(7) tiristor conecta el motor asíncrono a la red.
15. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 9 a 14, caracterizado porque el interruptor
(7) tiristor realiza una limitación de corriente para la etapa del
generador con polaridad cambiada.
16. Procedimiento según la reivindicación 14 ó
15, caracterizado porque el interruptor (7) tiristor se
puentea mediante una protección (6) de red al alcanzar el número de
revoluciones nominal.
17. Instalación de energía eólica con un rotor y
un dispositivo de motor asíncrono que tiene al menos dos números de
revoluciones, caracterizada porque está previsto un
dispositivo (6) de conmutación en una conexión entre el dispositivo
de motor asíncrono y la red que cambia una polaridad del dispositivo
de motor asíncrono para el frenado por contracorriente.
18. Instalación de energía eólica según la
reivindicación 17, caracterizada porque el dispositivo de
motor asíncrono presenta dos motores asíncronos, estando previsto
el dispositivo (5) de conmutación en una conexión de uno o los dos
motores asíncronos.
19. Instalación de energía eólica según la
reivindicación 18, caracterizada porque el dispositivo (5) de
conmutación está conectado con el segundo motor (G2) asíncrono con
el número de revoluciones más bajo.
20. Instalación de energía eólica según la
reivindicación 18, caracterizada porque el dispositivo (5) de
conmutación está conectado con el primer motor (G1) asíncrono con
el número de revoluciones más alto.
21. Instalación de energía eólica según la
reivindicación 17, caracterizada porque el dispositivo de
motor asíncrono presenta un motor asíncrono de polos conmutables,
en el que el dispositivo de conmutación cambia la polaridad en la
primera o segunda etapa.
22. Instalación de energía eólica según las
reivindicaciones 17 a 21, caracterizada porque está previsto
un interruptor (7) tiristor en una conexión del dispositivo de
motor asíncrono con la red.
23. Instalación de energía eólica según la
reivindicación 22, caracterizada porque una protección (6) de
red está conectada en paralelo al interruptor (7) tiristor.
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