ES2319387T3 - Instalacion de energia eolica. - Google Patents
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Abstract
Instalación de energía eólica con una disposición de generador, formada por un inducido (rotor) y al menos dos estatores (121, 122, 123, 124) con al menos un arrollamiento de estator (1211, 1212), respectivamente, teniendo asignado cada estator al menos un ramal, formado por un rectificador, un inversor y un transformador, de modo que así se proporcionan sistemas (101, 102, 103, 104) independientes unos de otros, cada uno con los componentes rectificador, inversor y transformador, caracterizado porque distintos ramales tienen asignados distintos transformadores, estando previstos entre líneas de entrada de los distintos componentes dispositivos de conmutación (130, 131, 132), pudiendo controlarse los dispositivos de conmutación (130, 131, 132) de tal modo que establecen conexiones entre distintos componentes de al menos dos sistemas (101, 102, 103, 104), de modo que mediante cada dispositivo de conmutación (130, 131, 132) se conectan siempre en paralelo las líneas de entrada de dos componentes del mismo tipo.
Description
Instalación de energía eólica.
La presente invención se refiere a una
instalación de energía eólica con preferiblemente al menos dos
rectificadores y dos inversores.
Una instalación de energía eólica de este tipo
se conoce por el documento DE 196 20 906 4. No obstante, en esta
instalación de energía eólica es un inconveniente que en caso de un
fallo del generador y/o del transformador, la instalación de
energía eólica ya no puede generar o suministrar energía eléctrica.
En caso de un fallo de un rectificador y/o de un inversor, se
pierde aún aproximadamente la mitad del rendimiento energético
posible, de modo que es necesaria una reparación rápida para
limitar al menos el daño económico para el explotador de la
instalación por el rendimiento energético perdido.
En esta instalación de energía eólica conocida,
están previstos dos arrollamientos de estator desfasados, que están
dispuestos de forma conjunta en el mismo estator. No obstante, los
arrollamientos están eléctricamente aislados entre sí y presentan
un ángulo de desfase de 30º uno respecto a otro. Por lo tanto, al
fallar un arrollamiento de estator, aún está disponible la mitad de
la potencia posible.
Para eliminar la avería y reparar la instalación
de energía eólica, el personal de servicio acude a la instalación
de energía eólica averiada y elimina la avería mediante una
reparación de los componentes averiados o dañados o, en caso de que
no sea posible una reparación, mediante intercambio de los
componentes defectuosos por una pieza de recambio.
Una reparación rápida requiere, no obstante,
entre otras cosas que se pueda llegar rápidamente a la instalación
de energía eólica y que en caso necesario, las piezas de recambio
puedan acarrearse rápidamente.
Aunque todavía puede suponerse esta
accesibilidad rápida en el caso de instalaciones de energía eólica
en tierra, la situación ya es muy distinta en instalaciones
offshore, es decir, en instalaciones de energía eólica montadas
delante de la costa y, por lo tanto, en el mar. Por una lado, debe
estar disponible un medio de transporte adecuado, con el que
puedan transportarse y manipularse, dado el caso, también piezas de
recambio de gran volumen y/o pesadas y, por otro lado, el tiempo y
el oleaje deben permitir que pueda llegarse con seguridad a la
instalación, también con las piezas de recambio cargadas. No
obstante, incluso si es posible llegar a la instalación, aún no es
seguro de ninguna manera que el oleaje y el tiempo permitan una
reparación inmediata.
De ello resulta que en caso de un fuerte oleaje
o de mal tiempo, como p. ej. un temporal, es perfectamente posible
que no se pueda llegar a las instalaciones offshore o que no se
puedan reparar durante un tiempo prolongado, por lo que no es
posible generar o suministrar energía durante un tiempo
prolongado.
Otro inconveniente de la instalación de energía
eólica ya conocida como también de todas las demás es que, también
por el concepto en el que está basada esta instalación de energía
eólica, las dimensiones y los pesos propios de los distintos
componentes se vuelven mayores a medida que aumenta la potencia del
generador.
Por el documento DE 42 32 356 A1 se conoce un
sistema de instalación de energía eólica en el que una sola
instalación de energía eólica presenta dos circuitos de estator
galvánicamente separados, formados por un rectificador y un
inversor.
Por el documento US-A 4,550,267
se conoce una máquina eléctrica con un estator, que presenta una
multitud de conexiones independientes entre sí.
Para limitar el daño por el fallo de componentes
de una instalación de energía eólica y permitir el uso de
componentes estándar, según la invención se propone una instalación
de energía eólica según la reivindicación 1. En las otras
reivindicaciones están descritas variantes ventajosas.
En la instalación de energía eólica según la
invención están previstos, por lo tanto, al menos dos estatores,
dos rectificadores, dos inversores y dos transformadores. Partiendo
del estator, estos forman respectivamente un sistema propio y
completo para la generación de energía eléctrica, para la
conversión, p. ej. en una tensión alterna sinusoidal y para la
alimentación a una red de tensión alterna.
En una forma de realización preferible de la
invención están previstos cuatro estatores dispuestos en forma de
anillo circular y realizados en forma de segmentos de anillo
circular, que presentan cada uno al menos un arrollamiento propio.
De esta forma las dimensiones y el peso propio de cada estator queda
en un margen en el que el transporte y la manipulación del estator
puede realizarse con los medios auxiliares habituales y
disponibles.
En una variante preferible de la instalación de
energía eólica según la invención, cada estator presenta dos
arrollamientos trifásicos que están eléctricamente separados entre
sí y que están desfasados con un ángulo de desfase de 30º uno
respecto al otro. Gracias a esta medida, puede generarse una parte
de la corriente de excitación para el inducido en el arrollamiento
del estator.
En una variante especialmente preferible de la
invención, cada estator tiene asignado un rectificador, un inversor
y un transformador. De este modo se generan cuatro sistemas
separados para la generación de energía, con excepción del inducido
común. Por lo tanto, cada sistema genera una cuarta parte de la
potencia total posible. De ello resulta que en caso de fallar un
componente, también falla sólo un sistema, y por lo tanto
justamente una cuarta parte de la potencia total momentánea. Por
consiguiente, siguen estando disponibles tres cuartas partes de la
potencia.
Si se parte de una potencia total de 6 MW para
una instalación de energía eólica se solicita, por consiguiente,
cada sistema con una potencia de 1,5 MW. Esta potencia permite el
uso de componentes estándar ya hoy día disponibles y fabricados en
gran escala como rectificadores, inversores y transformadores. De
esta forma, la probabilidad de fallo se reduce claramente gracias
al uso de componentes técnicamente perfeccionados y fabricados en
gran escala, contribuyendo de este modo nuevamente a un rendimiento
elevado duradero de una instalación de energía eólica según la
invención.
Según una forma de realización preferible de la
invención, cada arrollamiento de estator tiene asignados un
rectificador, un inversor y un transformador. Un sistema de
generación de energía está formado, por lo tanto, por un
arrollamiento de estator, un rectificador, un inversor y un
transformador. Gracias a este diseño, cada uno de los sistemas se
solicita sólo con una octava parte de la potencia momentáneamente
disponible. Por lo tanto, en caso de fallar un componente y, por lo
tanto, un sistema, también se pierde sólo una octava parte de la
energía disponible y siete octavas partes siguen estando
disponibles.
Además, este concepto permite a su vez una
fabricación de un número de piezas aún mayor de los componentes
estándar y, por lo tanto, una reducción de los costes. Además, para
estos componentes están disponibles medios, procedimientos y vías
de transporte y de manipulación que se han probado sobradamente en
la práctica.
En una forma de realización especialmente
preferible de la invención, los rectificadores, los inversores y
los transformadores están sobredimensionados, preferiblemente
aproximadamente un 20%, estando dispuestos dispositivos de
conmutación entre dos rectificadores, respectivamente, entre dos
inversores, respectivamente, y entre dos transformadores,
respectivamente, que en caso de fallar un componente permiten
ponerlo en derivación.
Gracias al sobredimensionado, los componentes
restantes pueden asumir al menos temporalmente la función del
componente fallado, sin que por ello se produzca una sobrecarga. Es
decir, al fallar por ejemplo un rectificador pueden accionarse los
dispositivos de conmutación entre el rectificador fallado y uno o
varios rectificadores adyacentes capaces de funcionar. De esta
forma, los rectificadores capaces de funcionar se solicitan con una
potencia correspondientemente mayor y rectifican también la tensión
alterna del sistema con el rectificador fallado.
El control de los dispositivos de conmutación se
realiza de forma especialmente preferible teniéndose en cuenta la
potencia que ha de ser conmutada, de modo que en caso de una
potencia reducida sólo conmuta un dispositivo de conmutación. Al
ser mayor la potencia que ha de ser conmutada, se accionarán varios
dispositivos de conmutación, para distribuir así la carga entre
varios componentes y evitar una sobrecarga.
En una variante especialmente preferible de la
invención están previstos dispositivos de conmutación en la línea
de entrada y/o línea de salida de cada componente con excepción de
los estatores. Gracias al accionamiento de los dispositivos de
conmutación correspondientes, puede excluirse con seguridad una
retroacción del componente que ha de ser puesto en derivación,
cuando este componente se desconecta completamente mediante los
dispositivos de conmutación.
En una forma de realización alternativa de la
invención, las líneas de entrada y las líneas de salida de los
distintos componentes están conectados en paralelo. De esta forma se
necesitan menos dispositivos de conmutación; al fallar un
componente se solicitan siempre automáticamente todos los
componentes restantes y el control se simplifica, puesto que sólo
el componente fallado debe desconectarse mediante dispositivos de
conmutación en las líneas de entrada y/o líneas de salida.
La redundancia de los distintos componentes se
llama "redundancia exterior" y designa la posibilidad de hacer
que, al fallar un componente, su función sea asumida por otro
componente previsto de forma redundante. Por lo tanto, al fallar
un rectificador, los otros rectificadores asumen la función, al
fallar un inversor, los otros inversores asumen la función y al
fallar un transformador, los otros trasformadores asumen la
función.
Por otro lado, existe también la redundancia
interior. Esta designa una realización de un componente con varios
módulos que están previstos de forma redundante entre sí y que hacia
fuera forman un componente como p.ej. un inversor. Por lo tanto, al
fallar uno de varios módulos de un inversor, es perfectamente
posible que este inversor pueda seguir siendo capaz de funcionar,
puesto que los módulos restantes del inversor pueden seguir
realizando la fun-
ción.
ción.
Por consiguiente, también un estator con dos
arrollamientos presenta una redundancia interior, puesto que al
fallar un arrollamiento aún está disponible el segundo arrollamiento
para la generación de energía, de modo que un estator aún puede
suministrar la mitad de la potencia posible.
\newpage
Por lo tanto, la instalación de energía eólica
según la invención puede suministrar toda la potencia
momentáneamente disponibles, incluso al fallar determinados
componentes o módulos, con excepción de un estator o de un
arrollamiento de estator.
Otras variantes ventajosas de la invención están
descritas en las reivindicaciones subordinadas.
A continuación, la invención se explicará más
detalladamente con ayuda de un ejemplo. Aquí muestran:
la fig. 1, una representación simplificada de un
sistema según la invención;
la fig. 2, una representación del sistema
mostrado en la fig. 1 completado con dispositivos de
conmutación;
la fig. 3, un ejemplo de dos arrollamientos de
estator desplazados 30º con rectificador conectado a
continuación;
la fig. 4, un ejemplo de un inversor según la
invención;
la fig. 5, un ejemplo de transformadores
previstos de forma redundante con dispositivos de conmutación;
la fig. 6, una segunda forma de realización de
la presente invención;
la fig. 7, un ejemplo de transformadores
previstos de forma redundante en la segunda forma de realización de
la presente invención y
la fig. 8, un sistema conocido.
En la fig. 8 está representado un sistema
eléctrico conocido de una instalación de energía eólica. Este
sistema eléctrico comprende un generador, que en este ejemplo está
realizado como generador anular. Este generador anular presenta un
inducido (no representado) y dos arrollamientos de estator 111, 112
eléctricamente aislados uno de otro y desfasados 30º uno respecto a
otro.
Los arrollamientos de estator 111, 112 están
conectados, respectivamente, con la entrada de un rectificador 14
propio. La salida de cada rectificador 14 está conectada,
respectivamente, con una entrada de un inversor 16. Las salidas del
inversor 16 están conectadas en paralelo con un transformador
18.
Ya el fallo del transformador 18 conduce
forzosamente a un fallo total económico de la instalación de energía
eólica, puesto que ya no puede suministrarse energía. Debido a
ello, según la duración del fallo, se genera un daño considerable
para el explotar.
También el fallo de un arrollamiento de estator
111, 112 de un rectificador 14 y/o de un inversor 16 conduce aún a
una pérdida de la mitad del rendimiento energético posible y, por lo
tanto, también a un daño económico considerable.
En la fig. 1 se muestra un ejemplo simplificado
de una instalación de energía eólica según la invención. En esta
instalación de energía eólica, la mayor parte de los componentes
están previstos de forma redundante. Esta redundancia se refiere a
partes del generador, es decir, los estatores 121, 122, 123, 124,
los rectificadores 141, 142, 143, 144, los inversores 161, 162,
163, 164, así como a los transformadores 181, 182, 183, 184.
Esta redundancia, que resulta de una disposición
paralela de los componentes redundantes, es una redundancia
exterior. Además de ello, en algunos componentes está prevista
adicionalmente una redundancia interior, que resulta de la
estructura interior del componente de varios módulos del mismo tipo,
conectados en paralelo. Esta redundancia interior existe, p. ej.,
en los inversores que se explicarán más detalladamente con ayuda de
la figura 4.
Para la explicación que sigue, de modo análogo a
la descripción anterior, cada elemento en forma de segmento de
anillo circular 121, 122, 123, 124, que presenta al menos un
arrollamiento, en el que se induce una tensión mediante el inducido
giratorio (no representado), se denominará estator, aunque están
dispuestos cuatro elementos en forma de segmento de anillo circular
121, 122, 123, 124 que están dispuestos de tal forma que forman
juntos aproximadamente la forma de un estator de una pieza de un
generador anular, como en la presente forma de realización.
Los estatores en forma de segmentos de anillo
circular 121, 122, 123, 124, dispuestos en forma de anillo circular,
forman juntos aproximadamente un anillo circular, en el que de
forma céntrica gira el inducido (no representado) del generador
mediante el cubo del rotor (tampoco representado) con las palas de
rotor fijadas en éste. Puesto que los distintos estatores 121, 122,
123, 124 están separados entre sí no sólo mecánicamente sino también
eléctricamente, en los arrollamientos dispuestos en los estatores
121, 122, 123, 124 se inducen correspondientemente tensiones.
Estas tensiones son tensiones alternas, que
mediante conductores 201, 202, 203, 204 se conducen a rectificadores
141, 142, 143, 144. Estos conductores 201, 202, 203, 204 pueden
ser, por ejemplo, barras de aluminio con un área de sección
transversal de 4000 mm^{2}. Aquí, cada estator 121, 122, 123, 124
tiene asignado un rectificador separado. De ello resulta que
incluso al fallar un rectificador, sólo se pierde una cuarta parte
del rendimiento posible. Por consiguiente, siguen estando
disponibles tres cuartas partes de la potencia posible.
A continuación de cada rectificador 141, 142,
143, 144 está conectado un inversor 161, 162, 163, 164 que está
unido con éste también mediante un conductor 205, 206, 207, 208.
También estos conductores 205, 206, 207, 208 pueden ser barras de
aluminio con un área de sección transversal de 4000 mm^{2}.
A continuación de cada inversor 161, 162, 163,
164, está conectado a su vez un transformador 181, 182, 183, 184,
mediante el cual la tensión alterna generada por el inversor 161,
162, 163, 164 se eleva a p. ej. 20 kV y se alimenta, p. ej., a una
red de tensión media.
De esta forma, partiendo de los arrollamientos
de estator en los que la tensión se induce mediante el inducido,
están disponibles sistemas 101, 102, 103, 104 independientes entre
sí con rectificadores, 141, 142, 143, 144, inversores 161, 162,
163, 164 y transformadores 181, 182, 183, 184, de modo que un fallo
de un componente como máximo impide el suministro de una cuarta
parte de la potencia posible.
La fig. 2 se ha ampliado en comparación con la
fig. 1 con dispositivos de conmutación 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. A continuación, éstos se designarán en su totalidad con
los signos de referencia 130-136,
146-156, 166-176,
186-189. Para mantener la claridad de la figura,
aquí no se han puesto los signos de referencia para los conductores
entre los estatores 121, 122, 123, 124, los rectificadores 141, 142,
143, 144 y los inversores 161, 162, 163, 164 y las marcas de los
sistemas 101, 102, 103, 104.
En el servicio normal, los dispositivos de
conmutación 130, 131, 132, 150, 151, 152, 170, 171, 172 previstos
entre las líneas de entrada de los distintos componentes están
abiertos y los dispositivos de conmutación 133, 134, 135, 136, 146,
147, 148, 149, 153, 154, 155, 156, 166, 167, 168, 169, 173, 174,
175, 176, 186, 187, 188, 189 en las líneas de entrada y las líneas
de salida en serie con el componentes correspondiente están
cerrados en el servicio normal, de modo que cada sistema 101, 102,
103, 104 (fig. 1) trabaja de forma separada de los demás.
Los dispositivos de conmutación
130-136, 146-156,
166-176, 186-189 pueden controlarse
ahora de tal forma que establecen conexiones entre los distintos
componentes de al menos dos sistemas 101, 102, 103, 104. Estas
conexiones se establecen de tal forma que mediante cada dispositivo
de conmutación 130, 131, 132, 150, 151, 152, 170, 171, 172 se
conectan siempre en paralelo las líneas de entrada de dos
componentes del mismo tipo.
Mediante el accionamiento del dispositivo de
conmutación 130 se conectan por ejemplo en paralelo las líneas de
entrada de los rectificadores 141 y 142, mediante el accionamiento
del dispositivo de conmutación 150 las entradas de los inversores
161 y 162 y mediante el accionamiento del dispositivo de conmutación
151 las entradas de los inversores 162 y 163. Por supuesto, también
son posibles combinaciones.
Para evitar una retroacción de componentes que
fallen o averiados en los que aún son capaces de funcionar, en las
líneas de entrada y las líneas de salida de los distintos
componentes están previstos dispositivos de conmutación 130, 146;
134, 147; 135, 148; 136, 149; 153, 166; 154, 167; 155, 168; 156,
169; 173, 186; 174, 187; 175, 188; 176, 189 que desconectan el
componente correspondiente preferiblemente con todas las líneas.
En caso de una avería de un componente, este
componente puede ponerse, por lo tanto, en derivación mediante un
mando adecuado de los dispositivos de conmutación
130-136, 146-156,
166-176, 186-189, de modo que la
instalación de energía eólica sigue suministrando a pesar de la
avería la mayor parte de la energía generada o incluso toda la
energía generada.
Para evitar una sobrecarga de los componentes
intactos restantes y, por lo tanto, el fallo prematuro de éstos,
estos componentes están sobredimensionados con preferencia
aproximadamente un 20%, de modo que también una solicitación
transitoria de estos componentes restantes con la potencia de un
componente fallado no supone ninguna sobrecarga.
Los dispositivos de conmutación
130-136, 146-156,
166-176, 186-189 están dispuestos de
tal modo y se controlan de una forma tal que, si bien es posible
poner en derivación un componente, como p. ej. un rectificador 141,
142, 143, 144 o de un inversor 161, 162, 163, 164, pero no la
omisión de una función realizada por componentes de este
tipo.
tipo.
Al fallar, p. ej. el inversor 162, pueden
cerrarse los dispositivos de conmutación 150, 151, 152 normalmente
abiertos, para conectar los inversores 161, 163, 164 restantes con
la línea de entrada del inversor 162. Al mismo tiempo se accionan
los dispositivos de conmutación 154, 167 normalmente cerrados
abriéndose debido a ello para desconectar el inversor 162
fallado.
Finalmente pueden accionarse los dispositivos de
conmutación 170, 171, 172 normalmente abiertos cerrándose debido a
ello, de modo que los tres inversores 161, 163, 164 vuelven a
solicitar los cuatro transformadores 181, 182, 183, 184.
De esta forma se pone en derivación el inversor
162 que falla y la instalación de energía eólica puede suministrar
a pesar del fallo del inversor 162 toda la energía disponible.
La fig. 3 muestra una forma de realización
especialmente preferible de los arrollamientos de estator y del
rectificador conectado a continuación basándose en el ejemplo del
sistema 101. Aquí están descritos los arrollamientos de estator
1211 y 1212 a continuación de los cuales está conectado el
rectificador 141. Esta disposición descrita a título de ejemplo
coincide con la de los demás sistemas 102, 103, 104 redundantes.
El estator 121 no representado en la fig. 3
porta dos arrollamientos de estator 1211, 1212 que están desplazados
30º uno respecto a otro. Los dos arrollamientos de estator 1211,
1212 están realizados como arrollamientos trifásicos y presentan,
por lo tanto, tres arrollamientos de fase 1213, 1214, 1215 y 1216,
1217, 1218, respectivamente. Estos arrollamientos de fase 1213,
1214, 1215, 1216, 1217, 1218, que suman en total seis, están
conectados a un rectificador hexafásico 141.
El ángulo de desfase entre las distintas fases
1213, 1214, 1215 y 1216, 1217, 1218 de un arrollamiento es de 120º.
Al suponer que hay un inducido que gira en el sentido de las agujas
del reloj (no representado), las fases de las tensiones inducidas
en el arrollamiento 1211 están retardadas 30º respecto a las fases
de las tensiones inducidas en el arrollamiento 1212. Puesto que las
fases de un arrollamiento están desplazados 120º entre sí, la
tensión en la fase 1214 en el arrollamiento 1211 está retardada 30º
respecto a la tensión en la fase 1217 en el arrollamiento 212,
mientras que, por lo contrario, está adelantada 90º respecto a la
fase 1218 del arrollamiento 1212. De esta forma, en la fase 1214
puede generarse una parte de la potencia de excitación necesaria
para la fase 1218.
Puesto que los dos arrollamientos trifásicos
1211, 1212 están dispuestos en un estator 121, aquí ya se ha
realizado una redundancia interior, de modo que al fallar un
arrollamiento 1211, 1212 aún puede seguir generando potencia el
otro arrollamiento 1212, 121, que se conduce posteriormente al
rectificador 141.
Una forma de realización preferible de un
inversor 161, 162, 163, 164 según la invención está representada en
la figura 4. Gracias a la previsión de varios inversores 161, 162,
163, 164 existe una redundancia exterior.
Con el ejemplo del inversor 161, cuya estructura
coincide con la estructura de los demás inversores 162, 163, 164,
en la figura 4 está representado que éste está formado por tres
módulos 1611, 1612, 1613, que realizan una redundancia interior. La
estructura entre los distintos módulos 1611, 1612, 1613 es igual; en
el presente caso presentan IGBT como elementos de conmutación, que
gracias a un mando adecuado generan la tensión alterna a partir de
la tensión continua + Ud y -Ud aplicada. Además, se conocen la
estructura y el funcionamiento de módulos de este tipo por el
estado de la técnica. Por lo tanto, se renuncia aquí a una
descripción detallada del funcionamiento.
Cada módulo 1611, 1612, 1613 genera a partir de
la tensión continua aplicada una tensión alterna trifásica y puede
conectarse mediante conmutadores 1614, 1615, 1616 con las salidas
L1, L2, L3 del inversor 161.
No obstante, el número de los módulos en un
inversor 161, 162, 163, 164 no está limitado a tres. También es
posible elegir otro número de módulos 1611, 1612, 1613 y
preferiblemente un número más elevado, para realizar además de la
redundancia exterior también una redundancia interior deseada.
Mediante el número de módulos puede realizarse,
a su vez, un sobredimensionado, para prevenir también aquí una
sobrecarga y, por lo tanto, un fallo prematuro en caso de una avería
en otro inversor 161, 162, 163, 164.
La fig. 5 muestra una disposición redundante de
transformadores 181, 182, 183, 184 realizados preferiblemente como
transformadores trifásicos, que en el lado primario están
solicitados, p. ej. con 3 x 400 V, respectivamente, de los
inversores 161, 162, 163, 164 y en el lado secundario suministran
una tensión alterna transformada por ejemplo a 3 x 20 kV, p. ej. a
una red de tensión media.
También estos transformadores 181, 182, 183, 184
están preferiblemente sobredimensionados, para poder trabajar de
forma fiable incluso después de una solicitación con potencia
adicional de un transformador 181, 182, 183, 184 averiado o
fallado.
En la fig. 5 están representados nuevamente los
dispositivos de conmutación 170, 171, 172, 173, 174, 175, 176, 186,
187, 188, 189, que permiten poner en derivación un transformador
181, 182, 183, 184 fallado. Aquí, los dispositivos de conmutación
173, 186; 174, 187; 175, 188; 176, 189 permiten la desconexión de
los arrollamientos primarios y secundarios de los transformadores
181, 182, 183, 184 fallados, para evitar así un desplazamiento de
la impedancia por la conexión en paralelo de los arrollamientos
primarios y/o de los arrollamientos secundarios de los
transformadores 181, 182, 183, 184 al cerrar los dispositivos de
conmutación 170, 171, 72.
Para ello, los dispositivos de conmutación 173,
174, 175, 176 dispuestos en el lado primario y los dispositivos de
conmutación 186, 187, 188, 189 dispuestos en el lado secundario
están realizados de tal modo que separan galvánicamente todas las
conexiones del arrollamiento de transformador correspondiente. El
control se realiza aquí preferiblemente de tal modo que en un
transformador 181, 182, 183, 184 se accionan siempre al mismo
tiempo los dos dispositivos de conmutación 173, 188; 174, 187; 175,
188; 176, 189 es decir, en el transformador 182 p. ej. el
dispositivo de conmutación 174 del lado primario y el dispositivo de
conmutación 187 del lado secundario para desconectar el
transformador 182 con seguridad.
\newpage
En la fig. 6 está representada una segunda forma
de realización de la presente invención. Esta forma de realización
corresponde en gran medida a la forma de realización mostrada en la
fig. 2 y se distingue de ésta por ahorrarse los dispositivos de
conmutación 130, 131, 132, 150, 151, 152, 170, 171, 172 en la fig. 2
entre dos componentes, respectivamente, de modo que los componentes
del mismo tipo de los distintos sistemas 101, 102, 103, 104 en la
figura 1 están conectados en paralelo y se solicitan por lo tanto en
el servicio normal todos con aproximadamente una cuarta parte de la
potencia generada.
Según la disposición en la primera forma de
realización, los dispositivos de conmutación 133, 134, 135, 136,
146, 147, 148, 149, 153, 154, 155, 156, 166, 167, 168, 169, 173,
174, 175, 176, 186, 187, 188, 189 están cerrados en el servicio
normal, de modo que trabajan todos los sistemas 101, 102, 103,
104.
Al producirse ahora una avería en un componente,
este componente se desconecta mediante la apertura de los
dispositivos de conmutación 133, 146; 134, 147; 135, 148; 136, 149;
153, 166; 154, 167; 155, 168; 156, 169; 173, 186; 174, 187; 175,
188; 176, 189 dispuestos en la línea de entrada y la línea de salida
del componente afectado y los componentes restantes en los otros
sistemas 101, 102, 103, 104 (fig. 1) se solicitan automáticamente
con una potencia más elevada.
Esto se vuelve a desprender claramente de la
fig. 7, en la que los transformadores 181, 182, 183, 184 están
conectados en paralelo por los dispositivos de conmutación 173, 174,
175, 176, 186, 187, 188, 189 normalmente cerrados. Al resultar
ahora defectuoso o averiado un transformador 181, 182, 183, 184, se
accionan (abren) los dispositivos de conmutación 173, 186; 174,
187; 175, 188; 176, 189 asignados y se desconecta el transformador
afectado, mientras que los transformadores 181, 182, 183, 184
restantes se solicitan respectivamente con una potencia más elevada
y la instalación de energía eólica sigue suministrando toda la
energía generada.
Los rectificadores 141, 142, 143, 144 mostrados
por ejemplo en la fig. 1 están alojados preferiblemente en la sala
de máquinas, es decir, en la góndola de la instalación de energía
eólica. Los inversores 161, 162, 163, 164 están alojados
preferiblemente en la zona de pie de la torre de una instalación de
energía eólica y los inversores y rectificadores están conectados
entre sí mediante barras de corriente continua 205, 206, 207, 208.
En el caso de una realización de una instalación de energía eólica
offshore, el transformador para la alimentación de la potencia
eléctrica generada a la red también puede estar alojado en la zona
de pie más baja de una torre de la instalación de energía eólica,
es decir, por debajo de la línea de agua.
Claims (48)
1. Instalación de energía eólica con una
disposición de generador, formada por un inducido (rotor) y al menos
dos estatores (121, 122, 123, 124) con al menos un arrollamiento de
estator (1211, 1212), respectivamente, teniendo asignado cada
estator al menos un ramal, formado por un rectificador, un inversor
y un transformador, de modo que así se proporcionan sistemas (101,
102, 103, 104) independientes unos de otros, cada uno con los
componentes rectificador, inversor y transformador,
caracterizado porque distintos ramales tienen asignados
distintos transformadores, estando previstos entre líneas de entrada
de los distintos componentes dispositivos de conmutación (130, 131,
132), pudiendo controlarse los dispositivos de conmutación (130,
131, 132) de tal modo que establecen conexiones entre distintos
componentes de al menos dos sistemas (101, 102, 103, 104), de modo
que mediante cada dispositivo de conmutación (130, 131, 132) se
conectan siempre en paralelo las líneas de entrada de dos
componentes del mismo tipo.
2. Instalación de energía eólica según la
reivindicación 1, caracterizada por estatores (121, 122, 123,
124) realizados en forma de segmento de anillo circular.
3. Instalación de energía eólica según la
reivindicación 2, caracterizada por una disposición en forma
de anillo circular de los estatores (121, 122, 123, 124) alrededor
del inducido montado de forma giratoria de la disposición de
generador.
4. Instalación de energía eólica según una de
las reivindicaciones anteriores, caracterizada por cuatro
estatores (121, 122, 123, 124).
5. Instalación de energía eólica según una de
las reivindicaciones anteriores, caracterizada por al menos
un estator (121, 122, 123, 124) con dos arrollamientos (1211,
1212).
6. Instalación de energía eólica según una de
las reivindicaciones anteriores, caracterizada por dos
arrollamientos (1211, 1212) en cada estator (121, 122, 123,
124).
7. Instalación de energía eólica según una de
las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque al
menos un arrollamiento de estator (1211, 1212) es un arrollamiento
trifásico.
8. Instalación de energía eólica según una de
las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque al
menos un arrollamiento (1211, 1212) de cada estator (121, 122, 123,
124) es un arrollamiento trifásico.
9. Instalación de energía eólica según una de
las reivindicaciones anteriores, caracterizada por
arrollamientos de estator (1211, 1212) realizados todos sin
excepción como arrollamientos trifásicos.
10. Instalación de energía eólica según una de
las reivindicaciones 5 a 9, caracterizada porque dos
arrollamientos (1211, 1212) de al menos un estator (121, 122, 123,
124) están desplazados eléctricamente 30º uno respecto a otro.
11. Instalación de energía eólica según una de
las reivindicaciones 6 a 9, caracterizada porque los
arrollamientos (1211, 1212) en cada estator (121, 122, 123, 124)
están desplazados eléctricamente respectivamente 30º uno respecto a
otro.
12. Instalación de energía eólica según una de
las reivindicaciones anteriores, caracterizada por al menos
un rectificador (141, 142, 143, 144) asignado a cada estator (121,
122, 123, 124).
13. Instalación de energía eólica según una de
las reivindicaciones anteriores, caracterizada por un
rectificador (141, 142, 143, 144) asignado a cada arrollamiento de
estator (1211, 1212).
14. Instalación de energía eólica según una de
las reivindicaciones anteriores, caracterizada por al menos
un rectificador (141, 142, 143, 144) sobredimensionado un valor
predeterminado.
15. Instalación de energía eólica según una de
las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque todos
los rectificadores (141, 142, 143, 144) están sobredimensionados un
valor predeterminado.
16. Instalación de energía eólica según una de
las reivindicaciones anteriores, caracterizada por conexiones
de las líneas de entrada de los rectificadores (141, 142, 143, 144)
entre sí y/o conexiones de las líneas de salida de los
rectificadores (141, 142, 143, 144) entre sí.
17. Instalación de energía eólica según una de
las reivindicaciones anteriores, caracterizada por al menos
un dispositivo de conmutación (133, 146; 134, 147; 135, 148; 136,
149) en la línea de entrada y/o la línea de salida de cada
rectificador (141, 142, 143, 144).
18. Instalación de energía eólica según la
reivindicación 17, caracterizada por un accionamiento común
de los dispositivos de conmutación (130, 131, 132) en la línea de
entrada y/o la línea de salida del rectificador (141, 142, 143,
144) que ha de ser desconectado.
19. Instalación de energía eólica según la
reivindicación 17 ó 18, caracterizada porque los dispositivos
de conmutación (133, 146; 134, 147; 135, 148; 136, 149) separan
todas las conexiones del rectificador (141, 142, 143, 144) que ha
de ser desconectado.
20. Instalación de energía eólica según una de
las reivindicaciones anteriores, caracterizada por al menos
un inversor (161, 162, 163, 164) asignado a cada estator (121, 122,
123, 124).
21. Instalación de energía eólica según una de
las reivindicaciones anteriores, caracterizada por al menos
un inversor (161, 162, 163, 164) asignado a cada arrollamiento de
estator (1211, 1212).
22. Instalación de energía eólica según una de
las reivindicaciones anteriores, caracterizada por al menos
un inversor (161, 162, 163, 164) que comprende dos o más módulos de
inversor (1611, 1612, 1613).
23. Instalación de energía eólica según una de
las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque los
inversores (161, 162, 163, 164) comprenden todos sin excepción al
menos dos módulos de inversor (1611, 1612, 1613).
24. Instalación de energía eólica según una de
las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque cada
inversor (161, 162, 163, 164) está formado por al menos tres módulos
de inversor (1611, 1612, 1613).
25. Instalación de energía eólica según una de
las reivindicaciones anteriores, caracterizada por al menos
un inversor (161, 162, 163, 164) sobredimensionado un valor
predeterminado.
26. Instalación de energía eólica según una de
las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque todos
los inversores (161, 162, 163, 164) están sobredimensionados un
valor predeterminado.
27. Instalación de energía eólica según una de
las reivindicaciones anteriores, caracterizada por conexiones
de las líneas de entrada de los inversores (161, 162, 163, 164)
entre sí y/o conexiones de las líneas de salida de los inversores
(161, 162, 163, 164) entre sí.
28. Instalación de energía eólica según una de
las reivindicaciones anteriores, caracterizada por al menos
un dispositivo de conmutación (153, 166; 154, 167; 155, 168; 156,
169) en la línea de entrada y/o la línea de salida de cada inversor
(161, 162, 163, 164).
29. Instalación de energía eólica según una de
las reivindicaciones anteriores, caracterizada por un
accionamiento común de los dispositivos de conmutación (150, 151,
152) en la línea de entrada y/o la línea de salida del inversor
(161, 162, 163, 164) que ha de ser desconectado.
30. Instalación de energía eólica según una de
las reivindicaciones 28 ó 29, caracterizada porque los
dispositivos de conmutación (153, 166; 154, 167; 155, 168; 156,
169) separan todas las conexiones del inversor (161, 162, 163, 164)
que ha de ser desconectado.
31. Instalación de energía eólica según una de
las reivindicaciones anteriores, caracterizada por al menos
transformador (181, 182, 183, 184) asignado a cada estator (121,
122, 123, 124).
32. Instalación de energía eólica según una de
las reivindicaciones anteriores, caracterizada por al menos
un transformador (181, 182, 183, 184) asignado a cada arrollamiento
de estator (1211, 1212).
33. Instalación de energía eólica según una de
las reivindicaciones anteriores, caracterizada por al menos
un transformador (181, 182, 183, 184) realizado como transformador
trifásico.
34. Instalación de energía eólica según una de
las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque los
transformadores (181, 182, 183, 184) están realizados todos sin
excepción como transformadores trifásicos.
35. Instalación de energía eólica según una de
las reivindicaciones anteriores, caracterizada por al menos
un transformador (181, 182, 183, 184) sobredimensionado un valor
predeterminado.
36. Instalación de energía eólica según una de
las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque todos
los transformadores (181, 182, 183, 184) están sobredimensionados un
valor predeterminado.
37. Instalación de energía eólica según una de
las reivindicaciones anteriores, caracterizada por conexiones
de las líneas de entrada de los transformadores (181, 182, 183,
184) entre sí y/o conexiones de las líneas de salida de los
transformadores (181, 182, 183, 184) entre sí.
38. Instalación de energía eólica según una de
las reivindicaciones anteriores, caracterizada por
dispositivos de conmutación (173, 174, 175, 176, 186, 187, 188,
189) en el lado primario y en el lado secundario de cada
transformador (181, 182, 183, 184).
\newpage
39. Instalación de energía eólica según la
reivindicación 38, caracterizada por un accionamiento común
del dispositivo de conmutación (173, 174, 175, 176) en el lado
primario de un transformador (181, 182, 183, 184) que ha de ser
desconectado y del dispositivo de conmutación (181, 182, 183, 184)
en el lado secundario del mismo transformador (181, 182, 183,
184).
40. Instalación de energía eólica según la
reivindicación 38, caracterizada porque los dispositivos de
conmutación (173, 174, 175, 176, 186, 187, 188, 189) están
realizados de tal forma que desconectan galvánicamente el lado
primario y el lado secundario del transformador (181, 182, 183, 184)
con todas las conexiones.
41. Instalación de energía eólica según una de
las reivindicaciones anteriores, caracterizada por un
dispositivo de control que controla los dispositivos de conmutación
(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) en función del componente que
falle o averiado.
42. Instalación de energía eólica según una de
las reivindicaciones anteriores, caracterizada por un
dispositivo de control que controla los dispositivos de conmutación
(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) teniendo en cuenta la potencia
generada o que ha de ser conmutada.
43. Instalación de energía eólica según una de
las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque los
dispositivos de conmutación (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) son
al menos en parte dispositivos de conmutación electromecánicos.
44. Instalación de energía eólica según una de
las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque los
dispositivos de conmutación (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) son
al menos en parte dispositivos de conmutación electrónicos.
45. Instalación de energía eólica, en particular
según una de las reivindicaciones anteriores, con una disposición
de generador formada por un inducido (rotor) y al menos un estator
que envuelve sólo en parte la periferia del inducido.
46. Instalación de energía eólica según la
reivindicación 45, caracterizada porque la disposición de
generador presenta n estatores, que todos juntos envuelven el
inducido completamente, siendo n un número natural > 1.
47. Instalación de energía eólica según una de
las reivindicaciones anteriores 45, 46, caracterizada porque
todos los estatores son portados por un anillo de estator común.
48. Instalación de energía eólica según una de
las reivindicaciones 45 a 47, caracterizada porque cada
estator individual puede ser cambiado manteniéndose los otros
estatores.
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