ES2291103A1 - Metodo y sistema de control del convertidor de una instalacion de generacion electrica conectada a una red electrica ante la presencia de hueoks de tension en dicha red. - Google Patents
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Abstract
Método y sistema de control del convertidor de una instalación de generación eléctrica conectada a una red eléctrica ante la presencia de huecos de tensión en dicha red. Método y sistema de control del convertidor de una instalación de generación eléctrica de las que comprenden al menos un generador eléctrico, tal como un generador eólico, conectado a una red eléctrica, ante la presencia de huecos de tensión en dicha red, siendo el generador eléctrico un generador asíncrono de doble alimentación formado por dos devanados, un devanado en el estator, conectado directamente a la red, y un devanado en el rotor que está alimentado en régimen normal mediante el citado convertidor que le impone una corriente rotórica predeterminada denominada corriente de consigna. En caso de producirse un hueco de tensión, el convertidor impone una nueva corriente de consigna que es el resultado de añadirle a la corriente de consigna anterior una corriente desmagnetizante la cual genera un flujo en el devanado del rotor opuesto al flujo libre, reduciéndose por consiguiente la tensión en bornes del convertidor.
Description
Método y sistema de control del convertidor de
una instalación de generación eléctrica conectada a una red
eléctrica ante la presencia de huecos de tensión en dicha red.
La invención se refiere a un método y a un
sistema para el control del convertidor de una instalación
eléctrica, particularmente de las que comprenden un generador
eólico, del tipo asíncrono doblemente alimentado, conectado a una
red eléctrica cuando se produce un hueco de tensión en dicha
red.
La energía eólica está en constante crecimiento
y está considerada, entre las energías renovables, como la mayor
candidata a ser una alternativa real a las fuentes de energía
convencional, como son aquellas derivadas de los combustibles
fósiles como el petróleo, el gas o el carbón, y que son más
contaminantes.
El aumento del número de instalaciones eólicas,
y en consecuencia el número de aerogeneradores, conectados a la red
eléctrica, provoca problemas de integración que ralentizan dicho
crecimiento. De entre estos problemas, el más importante está
relacionado con el comportamiento que tienen los aerogeneradores
frente a los cambios bruscos de tensión en la red, los denominados
huecos de tensión.
Los aerogeneradores eólicos más utilizados en la
actualidad son los generadores de velocidad variable, con los que
se ha conseguido disminuir los esfuerzos mecánicos a consecuencia
de ráfagas de viento, que la electricidad generada tenga menos
fluctuaciones y que el aprovechamiento energético sea mayor.
En concreto, dentro de este tipo de generadores
eléctricos, síncronos o asíncronos, existentes para obtener una
velocidad variable, se está apostando por el segundo debido a que
los generadores síncronos tienen diferentes inconvenientes. Uno de
los inconvenientes de los generadores síncronos es que toda la
energía generada, previamente a su suministro a la red eléctrica,
debe ser convertida mediante convertidores electrónicos. Por lo
tanto, dichos convertidores deben ser dimensionados para soportar
toda la potencia del aerogenerador, resultando caros y voluminosos.
Además, las pérdidas de energía de estos generadores síncronos
ocasionan la disminución del rendimiento total del aerogenerador. En
cambio, con el generador asíncrono se mejoran los citados
inconvenientes.
El generador asincrono más utilizado es el
generador asíncrono de doble alimentación en el que el devanado del
estator se conecta directamente a la red mientras que el devanado
del rotor se conecta a la red a través de un convertidor que
permite controlar tanto la energía activa como la reactiva del
generador eléctrico. Debido a que la potencia que pasa por el rotor
es sólo una pequeña fracción de la del estator, los convertidores
son menores en coste y tamaño, y además generan menos pérdidas.
Aunque con los generadores asíncronos doblemente
alimentados se mejoran muchas de las prestaciones de los
generadores eólicos, se reduce la robustez de la instalación de
generación de energía eléctrica debido a que los citados generadores
asíncronos doblemente alimentados son muy sensibles a las faltas
que puedan darse en la red eléctrica, como los huecos de tensión.
En concreto, el convertidor de potencia que está conectado al rotor
del generador es una parte muy vulnerable del sistema debido a que
cuando ocurre un hueco de tensión en uno o varias líneas, la
corriente que aparece en el convertidor puede alcanzar valores muy
altos hasta llegar a destruirlo.
Esta corriente elevada se produce durante los
huecos de tensión y es debida a la desmagnetización del generador
hasta que éste alcanza el nuevo estado de magnetización
correspondiente a la tensión existente durante el citado hueco de
tensión. Esta situación transitoria que se produce en el generador
durante los huecos de tensión genera una sobretensión, con la
consiguiente sobrecorriente, que genera un flujo en el rotor,
denominado en adelante flujo libre.
En condiciones normales la desmagnetización del
generador se realiza en la propia resistencia del estator, donde la
energía magnética se transforma en calor. De esta forma, la
duración del transitorio queda ligada a la constante de tiempo
natural del estator que, habitualmente, es del orden de uno o varios
segundos, tiempo suficiente para dañar e incluso llegar a destruir
el convertidor en caso de hueco de tensión.
La solución habitual para evitar que se vea
afectado el convertidor del generador por estas corrientes elevadas
que surgen en los huecos de tensión consiste en acelerar el citado
proceso de desmagnetización y proteger al convertidor de las
sobretensiones y sobrecorrientes asociadas inducidas por el citado
flujo libre.
Para acelerar este proceso se pueden conectar
resistencias, fijas o variables, en el estator o en el rotor y en
serie o en paralelo que reducen el tiempo de desmagnetización, o
bien, de un modo alternativo, se actúa con el propio
convertidor.
La técnica más extendida, denominada crowbar, se
basa en la utilización de resistencias de muy bajo valor, incluso
llegándose al cortocircuito, que se conectan, utilizando un puente
de tiristores, en paralelo con el rotor en caso de detectar
sobrecorrientes en el estator o en el rotor o sobretensión en el
rotor o en el bus de continua. Sin embargo, esta técnica comporta
distintos inconvenientes, como que al ser las resistencias
utilizadas de valores tan bajos, por un lado, el tiempo de
desmagnetización sigue siendo importante y, por otro, si el
generador sigue conectado a la red eléctrica se generan
sobrecorrientes en el generador, con lo que para evitar estas
sobrecorrientes se desconecta el generador de la red y no se vuelve
a conectar hasta que la tensión vuelve a su valor nominal. De esta
forma, con esta técnica se protege al convertidor pero se produce
la desconexión del generador de la red, aunque sea para un corto
periodo de tiempo.
Un ejemplo de aplicación de esta técnica es el
sistema descrito en el documento W0200403019, que propone incluir
un interruptor electrónico entre el devanado del estator y la red
eléctrica a la cual está conectado, y un elemento de
desmagnetización conectado en paralelo bien con el estator o bien
con el rotor. Dicho elemento desmagnetizante es una resistencia
variable. En este sistema, en caso de detectarse una variación
brusca de la tensión de la red, se desconecta el generador de la
red eléctrica y se conecta el elemento de desmagnetización. Este
elemento se controla de forma que se iguale la tensión en bornes
del generador, lo que se conoce como estado de magnetización del
generador, con la nueva tensión de la red. Con este control se fija
el flujo del estator en un corto periodo de tiempo a un valor de
flujo que corresponde al voltaje real de la red, de modo que exista
una coincidencia del valor de flujo y de su fase entre el voltaje
inducido del estator y el voltaje de la red antes de que se vuelva
a conectar el generador a la red. Siendo así, una vez se han
igualado estas dos tensiones se vuelve a conectar el generador a la
red y se desconecta el elemento de desmagnetización. Este ejemplo
además de requerir la desconexión del generador de la red
provocaría la continua conexión y desconexión de la unidad de
desmagnetización en caso de huecos de tensión monofásicos y/o
bifásicos.
A tenor del arte de la técnica, es un objetivo
de la presente invención dotar a las instalaciones de generación de
energía eléctrica a partir de la energía eólica conocidas de una
solución alternativa al crowbar para controlar su comportamiento en
caso de huecos de tensión. La solución alternativa debe garantizar
que el generador eólico que comprende la instalación no se
desconecte de la red eléctrica a la que está conectado, superando
los inconvenientes que se derivan de desconectarlo y conectarlo de
la red en caso de huecos de tensión.
En especial, es un objetivo de la presente
invención que el convertidor de la instalación de generación
eléctrica sea capaz de soportar las situaciones ocasionales de
huecos de tensión sin que este sea dañado y sin necesidad de hacer
uso de la desconexión del mismo.
El método de control del convertidor de una
instalación de generación eléctrica ante la presencia de huecos de
tensión objeto de la invención, que supera los inconvenientes antes
citados, aplicable a instalaciones que comprenden al menos un
generador eléctrico, tal como un generador eólico, conectado a una
red eléctrica, siendo el generador eléctrico un generador asíncrono
de doble alimentación formado por dos devanados, un devanado en el
estator, conectado directamente a la red, y un devanado en el rotor
que está alimentado en régimen normal, de forma controlada,
mediante el citado convertidor que le impone una corriente rotórica
predeterminada denominada corriente de consigna.
En su esencia, el método se caracteriza porque,
en caso de producirse un hueco de tensión, el convertidor impone
una nueva corriente de consigna que es el resultado de añadirle a
la corriente de consigna anterior un nuevo término, denominado
corriente desmagnetizante, el cual genera un flujo en el devanado
del rotor opuesto al flujo libre, siendo el flujo libre
\psi_{sl}, aquel que no está provocado por la componente
directa de la tensión del estator, reduciéndose por consiguiente la
tensión en bornes del convertidor.
Según otra característica de la invención, la
corriente desmagnetizante es proporcional al valor del flujo libre
\psi_{sl}, del estator del generador, estimado como la
diferencia entre el valor del flujo magnético en el estator del
generador \psi_{s} y el valor del flujo del estator asociado a
la componente directa de la tensión del estator, denominado flujo
forzado \psi_{sf}.
Con el objeto de aportar una solución a los
problemas planteados, se da a conocer también un sistema para la
realización del método según la invención que comprende al menos un
generador asíncrono de doble alimentación conectado a una red
eléctrica, en el que el devanado del rotor está alimentado en
régimen normal, de forma controlada, mediante un convertidor que,
gobernado por una unidad de control, impone una corriente rotórica
predeterminada denominada corriente de consigna.
En su esencia, el sistema se caracteriza porque
la unidad de control comprende un módulo auxiliar que incorpora una
primera unidad para la estimación del valor del flujo del estator;
una segunda unidad para la estimación del flujo del estator
asociado a la componente directa de la tensión del estator,
denominado flujo forzado, en caso de producirse un hueco de tensión
en la red; una tercera unidad, que calcula la diferencia entre los
valores del flujo del estator y del flujo forzado previamente
estimados; una cuarta unidad, multiplicadora, que multiplica el
valor de la diferencia antes calculada por un factor K2 para la
obtención del valor de la corriente desmagnetizante; y una quinta
unidad, para la suma del valor de la corriente de consigna anterior
y del valor de la corriente desmagnetizante previamente
calculado.
Según otra característica de la invención, el
factor K2 es menor que 1.
En los dibujos adjuntos se ilustra, a título de
ejemplo no limitativo, un modo de realización preferido del sistema
y método objetos de la invención. En dichos dibujos:
La Fig. 1, es una representación esquemática del
control de una instalación de generación eléctrica
convencional;
la Fig. 2, es un diagrama de bloques de un
sistema para llevar a cabo el método según la invención;
las Figs. 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f y 3g son
respectivos gráficos de la evolución de las principales variables
eléctricas que se dan en el generador eólico del ejemplo, según el
estado actual de la técnica, en caso de producirse un hueco de
tensión trifásico;
las Figs. 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f y 4g son
respectivos gráficos de la evolución de las principales variables
eléctricas que se dan en el generador eólico del ejemplo, según el
estado actual de la técnica, en caso de producirse un hueco de
tensión bifásico;
las Figs. 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f y 5g son
respectivos gráficos de la evolución de las principales variables
eléctricas que se dan en el generador eólico del ejemplo, de
aplicar el método de control según la invención, en caso de
producirse un hueco de tensión trifásico; y
las Figs. 6a, 6b, 6c, 6d, 6e, 6f y 6g son
respectivos gráficos de la evolución de las principales variables
eléctricas que se dan en el generador eólico del ejemplo, de
aplicar el método de control según la invención, en caso de
producirse un hueco de tensión bifásico.
La gran mayoría de los generadores eólicos
conectados a una red eléctrica están comprendidos por un generador
asíncrono 11 doblemente alimentado. Dichos generadores contienen
dos devanados, un devanado en el estator, conectado directamente a
la red 8, y un devanado en el rotor 13 provisto de un convertidor 22
que en régimen normal alimenta al generador 1, de forma controlada,
con corrientes que permiten regular tanto la energía activa como la
reactiva del generador 1.
Tal como se representa esquemáticamente en la
Fig. 1, convencionalmente el control del convertidor 22 se lleva a
cabo mediante una unidad de control 7 que impone una corriente
rotórica deseada, o corriente de consigna 4b, al devanado del rotor
13 (ver Fig. 2), a partir de unas potencias activa P* y reactivas Q*
deseadas. Dicha unidad de control 7 comprende además lo que se
conoce como un lazo de control, en concreto, un lazo de corriente
que compara continuamente la corriente de consigna 4b con la
corriente real 4a con objeto de hacer que el regulador de corriente
aplique la tensión precisa Vr al convertidor 22 para anular la
diferencia entre ambas corrientes.
En el caso que nos ocupa, y de acuerdo con el
método de la invención representado esquemáticamente en la Fig. 2,
en caso de producirse un hueco de tensión, a la corriente de
consigna 4b, calculada para conseguir las potencias activa y
reactiva deseadas, denominada también corriente de consigna de
potencias, se le añade un término destinado a reducir la tensión en
bornes del convertidor 22. A este nuevo término se le denominará en
adelante corriente desmagnetizante 4c.
En concreto, tal y como se muestra en el ejemplo
de dicha Fig. 2, el valor de la corriente rotórica que impone el
convertidor 22, en caso de producirse un hueco de tensión, es el
resultado de añadir a la corriente de consigna 4b una corriente
desmagnetizante 4c en fase con el denominado flujo libre
\psi_{sl}, siendo el flujo libre \psi_{sl} aquel que existe
en el generador asíncrono 11 y no está provocado por la componente
directa de la tensión del estator. La corriente desmagnetizante 4c
así calculada genera un flujo en el devanado del rotor 13 opuesto a
dicho flujo libre \psi_{sl}, reduciéndose por consiguiente la
tensión en bornes del convertidor 22.
Durante la situación de hueco de tensión en la
red 8, el lazo de corriente compara la corriente real 4a con la
nueva corriente de consigna 4b', la cual comprende la corriente
desmagnetizante 4c que está en fase con el flujo libre
\psi_{sl}. Esta corriente desmagnetizante 4c permite hacer caer
toda o gran parte de la tensión en la inductancia transitoria del
rotor del generador asíncrono 11, reduciéndose la tensión que ve el
convertidor 22, de modo que no se supera la tensión máxima de dicho
convertidor 22.
El esquema representado en la misma Fig.2,
muestra una variante de implementación para la realización del
método antes descrito que comprende, en la unidad de control 7, un
módulo auxiliar 70 provisto de:
- -
- una primera unidad 71 para la estimación del valor del flujo del estator \psi_{s} ;
- -
- una segunda unidad 72 para la estimación del flujo del estator asociado a la componente directa de la tensión del estator, denominado flujo forzado \psi_{sf};
- -
- una tercera unidad 73, que calcula la diferencia entre los valores del flujo del estator \psi_{s} y del flujo forzado \psi_{sf} previamente estimados en la primera y segunda unidades respectivamente;
- -
- una cuarta unidad 74, multiplicadora, que multiplica el valor de la diferencia antes calculada por un factor K2 para la obtención de la corriente desmagnetizante 4c; y
- -
- una quinta unidad 75, para la suma del valor de la corriente de consigna 4b y del valor de la corriente desmagnetizante previamente calculado.
Por lo que respecta a los valores del citado
flujo total \psi_{s} y del flujo forzado \psi_{sf}, el
primero se puede obtener por medios bien conocidos en el arte de la
técnica, a partir de la corriente en el estator y en el rotor,
mientras que el módulo del segundo, el del flujo forzado, que es el
asociado a la componente directa de la tensión del estator, se
puede estimar para el caso de huecos de tensión trifásicos a partir
de la siguiente expresión:
en la que i_{s} es la corriente
del estator; \omega_{s} es la frecuencia de la tensión de la red;
R_{s} es la resistencia estatórica; V_{s} es la tensión del
estator; y \psi_{sf} es el citado flujo
forzado.
En caso de huecos de tensión asimétricos
(monofásicos y bifásicos) la tensión de la red 8 contiene una
componente inversa que hace aparecer en el estator del generador 1
un flujo asociado a dicha componente. Para reducir la tensión en
bornes del convertidor 22 es necesario entonces que la corriente
desmagnetizante 4c se oponga también a dicho flujo. En estas
circunstancias, la expresión presentada anteriormente para la
unidad 72 ya no es válida, ya que no tiene en cuenta la componente
inversa de la tensión de la red. Una opción posible es separar las
dos componentes, directa e inversa, que componen la tensión de la
red, utilizando técnicas de filtrado que son bien conocidas en la
técnica.
En relación a la tercera unidad 73, ésta
comprende un comparador que es el encargado de elaborar la
diferencia entre los valores del flujo del estator y el flujo
forzado estimados previamente en la primera y la segunda unidades 71
y 72, respectivamente. El resultado de esta diferencia proporciona
el valor del citado flujo libre del estator del generador, que
posteriormente se multiplica por una constante K1 (Lm/Ls, donde Lm
es la inductancia mutua del generador 1 y Ls es la inductancia del
estator del generador 1) para obtener el valor del flujo libre del
rotor del generador. El valor obtenido se multiplica en la cuarta
unidad 74 por una constante K2, provista a tal efecto de un
multiplicador. El valor resultante es el de la corriente
desmagnetizante 4c, el cual es proporcional al flujo libre pero con
signo cambiado, que añadido a la corriente de consigna 4b determina
el valor de la corriente desmagnetizante 4c. Esta corriente
desmagnetizante 4c está adelantada 90º a la tensión inducida por el
citado flujo libre del generador 1. La componente asociada a la
corriente desmagnetizante 4c que circula por el rotor 13 induce un
flujo adicional en el rotor 13 opuesto al citado flujo libre, con lo
que se reduce la tensión inducida en bornes del convertidor 22.
Introduciendo el valor adecuado de la corriente desmagnetizante 4c
es posible evitar superar la tensión máxima admisible del
convertidor. Siendo así, el convertidor 22 queda protegido, no
siendo necesaria su desactivación y, por consiguiente, la
desconexión del generador 1 de la red 8.
Como ejemplo de aplicación se describe a
continuación el comportamiento de un generador 1 eólico de 1,5 MW
en el caso de que se utilice un crowbar 9 con resistencias
variables, una de las técnicas habituales en el estado de la
técnica, y en el caso de que se utilice la técnica propuesta en el
invención. Se analiza el comportamiento del generador para los
tipos de huecos de tensión más comunes en las redes eléctricas:
huecos trifásicos y huecos bifásicos, debidos al cortocircuito de
dos de las fases de la red. Dicho generador 1, consta de un
generador asincrono 11 de rotor bobinado con las siguientes
características:
En todos los casos descritos a continuación el
convertidor 22 del circuito de rectificación y conversión de dicha
instalación de generación eléctrica trabaja con una tensión de bus
de continua de 1.200 V.
En el caso de un hueco de tensión, cuando la
corriente del rotor o la tensión del bus CC superen un determinado
nivel (que en el caso del ejemplo es de 1.130 A o 1.300 V
respectivamente), el crowbar se activará cortocircuitando el rotor
13 mediante una resistencia variable en el tiempo.
En las Figs. 3a a 3g se representa la evolución
de las variables en caso de un hueco de tensión trifásico del 80%.
En la Fig. 3a, se representa el valor eficaz de la tensión de la
red 8, apreciándose la aparición del hueco de tensión en el instante
t=0,25s. A continuación, en las Fig.3b, 3c y 3d se muestra la
evolución del valor eficaz de la corriente en el estator, en el
rotor y en el convertidor 22 respectivamente. En el momento en el
que se produce el hueco de tensión, las tres corrientes comienzan a
crecer rápidamente. Cuando la corriente del rotor supera el valor
prefijado, la unidad de control 7 activa el crowbar y la corriente
del rotor comienza entonces a circular por el crowbar. Generalmente
mientras el crowbar está activo se desactiva el convertidor y su
corriente se anula, tal como se observa en la Fig. 3d, quedando de
esta manera protegido el convertidor de las sobrecorrientes de hasta
3.500 A que se dan en el rotor. En la Fig. 3e se puede apreciar el
valor de la resistencia impuesta por el crowbar. Convencionalmente,
se suele hacer seguir al crowbar un perfil de resistencia
pre-programado de una duración en torno a unos 100
ms. Una vez pasado este tiempo, el crowbar se desactiva, deja de
conducir, y la corriente del rotor vuelve a circular entonces por
el convertidor que se activa de nuevo. Por otro lado, en las Fig.
3f se muestra la evolución de la tensión del bus CC del convertidor
y en la Fig. 3g se aprecia la evolución del par del generador 1,
donde se observa que en el momento en el que el crowbar se activa,
se produce un pico en el par (golpe de par) superior a 2,5 veces el
par nominal del generador 1.
En las Figs. 4a a 4g, se representa la evolución
de distintas variables eléctricas en caso de un hueco de tensión
bifásico del 80% de profundidad. En este caso, además de aparecer
sobrecorrientes y golpes de par similares al caso anteriormente
descrito, en la Fig. 4g se puede apreciar claramente como a
diferencia del caso anterior, en el que el crowbar se activaba una
sola vez, dicho crowbar debe estar conectándose y desconectándose
sucesivamente durante todo el hueco de tensión para proteger al
convertidor del circuito 2 de rectificación y conversión. Esto
implica que el convertidor estará desactivado durante todo el hueco
de tensión perdiéndose el control del generador 1. Este
comportamiento, tal y como se describía en los antecedentes de la
presente invención, no es el deseado para la estabilidad de la red
8.
En este caso, el generador 1 está haciendo
circular por el rotor una corriente 4b' que incluye una componente
asociada a la corriente desmagnetizante 4c introducida para reducir
el flujo del generador 1 y, de esta forma, reducir la tensión que
aparece en bornes del convertidor del circuito de rectificación y
conversión. La corriente desmagnetizante 4c es calculada siguiendo
el método mostrado en la Fig. 2, en la que primeramente se calcula
el flujo total del estator \psi_{s} y posteriormente o
simultáneamente se calcula el flujo forzado \psi_{sf} a través
de la tensión y de la corriente en el estator utilizando la
siguiente expresión:
Esta expresión permite a la técnica de
protección trabajar tanto con huecos de tensión trifásicos como con
huecos asimétricos. Introduciendo el valor del flujo forzado así
calculado en la unidad 72 de sustracción se obtiene la suma del
flujo libre y del doble del flujo asociado a la componente inversa
de la tensión. El resultado es entonces multiplicado por la
constante K1=Lm/Ls, en el ejemplo igual a 0,94, para obtener el
valor del flujo del rotor. Finalmente la corriente desmagnetizante
4c se obtiene multiplicando este último flujo por un factor K2 igual
a 0,5, calculado para compensar todo el flujo inverso y la mitad
del flujo libre.
En las Figs 5a a 5g, se muestra la evolución de
las distintas variables eléctricas del generador 1 en el caso de
producirse un hueco de tensión trifásico del 80%. En la Fig. 5a, se
representa el valor eficaz de la tensión de la red 8 eléctrica. En
el instante t=0,25s se produce el hueco de tensión trifásico que
hace caer la tensión a un 20% de su valor nominal. Las figuras Fig
5b y 5c muestran la evolución del valor eficaz de la corriente en
el estator y en el rotor (que en este caso es la misma que en el
convertidor), respectivamente. Al igual que en las figuras descritas
en el caso anterior, en el momento en el que aparece el hueco de
tensión las corrientes comienzan a crecer rápidamente.
En las Figs 5d y 5e se observan la corriente de
consigna 4b y la corriente desmagnetizante 4c que sumadas, dan la
nueva corriente de consigna 4b' que se hace circular por el rotor
del generador 1. Las corrientes se muestran descompuestas en los
ejes d y q. La corriente de consigna se anula momentáneamente para
facilitar el control del generador 1. Puede observarse como la
frecuencia de la corriente desmagnetizante es aproximadamente de 50
Hz. Esto es debido a que dicha corriente es proporcional al flujo
libre que, en caso de hueco de tensión trifásico, es visto por el
rotor como un flujo giratorio a la velocidad de rotación del rotor,
60 Hz en el caso de la figura.
La evolución de la tensión en el bus de CC del
convertidor se muestra en la Fig. 5f. En la Fig. 5g, se aprecia
cómo el pico en el par (golpe de par) que se da en los primeros
instantes del hueco de tensión es bastante inferior al que se
obtiene utilizando un crowbar, en este caso, a 1,5 veces el par
nominal.
Las Figs. 6a a 6g, son similares a las figuras
anteriormente descritas salvo que corresponden a un hueco bifásico
con una profundidad del 80%. Puede apreciarse como la solución
basada en la invención, al contrario que en el caso de utilizar un
crowbar 9, funciona también con huecos bifásicos, manteniendo las
corrientes y las tensiones a valores que no suponen ningún peligro
para los distintos componentes del sistema. Es igualmente
destacable que la frecuencia de la corriente desmagnetizante 4c que
se hace circular por el rotor 13 del generador, mostrada en la Fig.
6e, es mayor en el caso del hueco bifásico que en el trifásico. La
razón es que en los huecos de tensión asimétricos (monofásicos o
bifásicos) aparece un flujo inverso que es visto por el rotor 13
como un flujo giratorio a una frecuencia igual a la suma de la
frecuencia de rotación del rotor 13 y de la frecuencia de la red 8
eléctrica, en el caso del ejemplo 110 Hz = 60 Hz + 50 Hz.
Claims (4)
1. Método de control del convertidor (22) de una
instalación de generación eléctrica de las que comprenden al menos
un generador (1) eléctrico, tal como un generador eólico, conectado
a una red (8) eléctrica, ante la presencia de huecos de tensión en
dicha red, siendo el generador eléctrico un generador asíncrono (11)
de doble alimentación formado por dos devanados, un devanado en el
estator, conectado directamente a la red, y un devanado en el rotor
(13) que está alimentado en régimen normal, de forma controlada,
mediante el citado convertidor que le impone una corriente rotórica
predeterminada denominada corriente de consigna (4b);
caracterizado porque, en caso de
producirse un hueco de tensión, el convertidor impone una nueva
corriente de consigna (4b') que es el resultado de añadirle a la
corriente de consigna anterior un nuevo término, denominado
corriente desmagnetizante (4c), el cual genera un flujo en el
devanado del rotor opuesto al flujo libre, siendo el flujo libre
\psi_{sl} aquel que no está provocado por la componente directa
de la tensión del estator, reduciéndose por consiguiente la tensión
en bornes del convertidor.
2. Método según la reivindicación anterior,
caracterizado porque la corriente desmagnetizante (4c) es
proporcional al valor del flujo libre yes, del estator del
generador, estimado como la diferencia entre el valor del flujo
magnético en el estator del generador \psi_{s} y el valor del
flujo del estator asociado a la componente directa de la tensión
del estator, denominado flujo forzado \psi_{sf}.
3. Sistema para la realización del método según
la reivindicación 1, particularmente aplicable a una instalación de
generación eléctrica que comprende al menos un generador (11)
asíncrono de doble alimentación conectado a una red (8) eléctrica,
en el que el devanado del rotor (13) está alimentado en régimen
normal, de forma controlada, mediante un convertidor (22) que,
gobernado por una unidad de control (7), impone una corriente
rotórica predeterminada denominada corriente de consigna (4b),
caracterizado porque la unidad de control
comprende un módulo auxiliar (70) que incorpora
una primera unidad (71) para la estimación del
valor del flujo del estator (\psi_{s});
una segunda unidad (72) para la estimación del
flujo del estator asociado a la componente directa de la tensión
del estator, denominado flujo forzado (\psi_{sf}), en caso de
producirse un hueco de tensión en la red;
una tercera unidad (73), que calcula la
diferencia entre los valores del flujo del estator (\psi_{s}) y
del flujo forzado (\psi_{sf}) previamente estimados;
una cuarta unidad (74), multiplicadora, que
multiplica el valor de la diferencia antes calculada por un factor
K2 para la obtención del valor de la corriente desmagnetizante
(4c); y
una quinta unidad (75), para la suma del valor
de la corriente de consigna (4b) anterior y del valor de la
corriente desmagnetizante (4c) previamente calculado.
4. Sistema según la reivindicación anterior,
caracterizado porque K2 es menor que 1.
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