ES2350521T3

ES2350521T3 - Procedimiento para la operación de una instalación de energía eólica en caso de sobretensiones en la red.

Info

Publication number: ES2350521T3
Application number: ES08715905T
Authority: ES
Inventors: Jens Fortmann; Heinz-Hermann Letas
Original assignee: Repower Systems SE
Current assignee: Senvion GmbH
Priority date: 2007-04-13
Filing date: 2008-02-21
Publication date: 2011-01-24
Anticipated expiration: 2028-02-21
Also published as: DK2209205T3; DE102007017870A1; DE502008001721D1; ATE487267T1; CN101689825B; EP2209205B1; EP2135349B1; WO2008125163A1; DK2135349T3; EP2209205A1; EP2135349A1; CN101689825A; DE102007017870B4; ES2380209T3; US20100207463A1; US8692419B2; ATE550825T1

Abstract

Procedimiento para la operación de una instalación de energía eólica (15-19) con un generador (30) accionado de forma eléctrica por un rotor (25-29) para emitir potencia eléctrica a una red eléctrica (31), que prevé una tensión de red, en el cual, cuando reina una sobretensión en la red (31) se alimenta una potencia reactiva de la instalación de energía eólica (15-19) a la red (31) para reducir una tensión, caracterizado porque se vigila si dentro de un tiempo predefinible la tensión se ha reducido a un valor teórico predefinible y/o si se emite una corriente reactiva superior o igual a un valor teórico de corriente reactiva predefinible, estando prevista una primera función límite (42) de valores teóricos de tensión predefinidos, en función del tiempo (t), y/o una segunda función límite de valores teóricos de corriente reactiva inductiva predefinidos, en función del tiempo (t).

Description

Procedimiento para la operación de una instalación de energía eólica en caso de sobretensiones en la red.

La invención se refiere a un procedimiento para la operación de una instalación de energía eólica con un generador accionado de forma eléctrica por un rotor para emitir potencia eléctrica a una red eléctrica, que prevé una tensión de red, en el que cuando reina una sobretensión en la red se alimenta una potencia reactiva de la instalación de energía eólica a la red para bajar la tensión.

Asimismo, la invención se refiere a una instalación de energía eólica con un generador accionado de forma eléctrica por un rotor para emitir potencia eléctrica a una red eléctrica, en la cual, cuando reina una sobretensión en la red, se puede alimentar una potencia reactiva de la instalación de energía eólica a la red para bajar la tensión.

Por el documento DE102004048339A1 se conoce una instalación de energía eólica con un rotor, con un generador accionado por éste con un convertidor para alimentar energía eléctrica, a través de un punto de enlace, a una red de alimentación eléctrica, y con un dispositivo de control, presentando el dispositivo de control un control de convertidor. Está previsto que el dispositivo de control presenta una conexión de entrada para un valor teórico de la tensión que se ha de emitir, estando previsto un regulador adicional, en cuya entrada está aplicada una tensión teórica y en cuya salida se emiten valores teóricos de potencia reactiva y se aplican en el control de convertidor, estando configurado el regulador adicional para calcular a partir de la señal para la tensión teórica valores teóricos de potencia reactiva, y para detectar con la ayuda de un sensor la tensión emitida realmente de la instalación de energía eólica, y para corregir los valores teóricos de potencia reactiva tras la comparación con la tensión teórica. Por lo tanto, el ajuste de un coeficiente de potencia deseado se vincula con un procedimiento de mantenimiento de tensión. Esto permite el aprovechamiento total del potencial de potencia reactiva de la instalación de energía eólica sin que se produzcan daños por una subida excesiva de la tensión. Esta regulación tiene además la ventaja de que, en caso de transientes de tensión impulsivos, permite un comportamiento robusto de la instalación de energía eólica.

Por el documento EP1386078B1 se conocen una instalación de energía eólica y un procedimiento para la operación de una instalación de energía eólica, en los que se alimenta potencia reactiva de la instalación de energía eólica a la red eléctrica y la potencia reactiva se predefine mediante un ángulo de fase phi que describe un ángulo entre la corriente y la tensión de la potencia eléctrica alimentada, determinando el ángulo de fase además la parte de potencia reactiva de la potencia emitida por la instalación de energía eólica, modificándose el ángulo de fase phi en función del importe de al menos una potencia detectada en la red, siendo el ángulo de fase inalterable mientras la tensión de red se sitúe entre un valor teórico inferior predefinido y un valor teórico superior predefinido, siendo el valor de tensión inferior menor que un valor de tensión teórico y siendo el valor de tensión superior predefinido mayor que un valor de tensión teórica predefinido, y aumentando el importe del ángulo de fase a medida que sigue aumentando o bajando la tensión en caso del rebase por exceso del valor de tensión superior predefinido o del rebase por defecto del valor de tensión inferior predefinido.

El documento US2007/0052244A1 da a conocer una instalación de energía eólica en una configuración eléctrica determinada. Se controla una máquina asíncrona con doble alimentación. Aquí, por ejemplo a través de una función de rampa, se emite una potencia reactiva en función de la tensión real en relación con la tensión teórica. La potencia reactiva se varía en caso de subtensión (voltaje SAG). En otro ejemplo de realización de dicho documento, que está representado en relación con la figura 13, se describe la manera en que se detecta una caída de tensión. Si la tensión de red es inferior a una tensión de comparación, se pone en marcha un contador que espera durante tres ciclos si todavía persiste la caída de tensión poniendo un bit de caída de tensión en caso de persistencia. Durante el siguiente transcurso, se espera si la tensión vuelve a ser superior a una tensión de comparación y, si la tensión es mayor, se pone en marcha un segundo contador que espera durante diez ciclos si la tensión permanece estable por encima de la tensión de comparación, antes de reponer el bit de caída de tensión finalizando la avería.

El documento EP1752660A1 describe una protección contra sobretensiones de una instalación de energía eólica y un procedimiento correspondiente para la operación de la instalación de energía eólica, estando prevista una primera línea de alimentación de una red de potencia, detectándose la tensión de la primera línea de potencia y conectándose una primera vía de corriente hacia esa primera línea, si la primera tensión sobrepasa un determinado primer valor límite de tensión.

La presente invención tiene el objetivo de proporcionar un procedimiento seguro para la operación de una instalación de energía eólica, que en caso de sobretensión en la red prevé, más tarde de lo habitual, una separación de la instalación de energía eólica de la red, quedando protegidos eficazmente los componentes electrotécnicos y eléctricos de la instalación de energía eólica.

Este objetivo se consigue mediante un procedimiento según la reivindicación 1 para la operación de una instalación de energía eólica con un generador eléctrico, accionado por un rotor, para emitir potencia eléctrica a una red eléctrica que prevé una tensión de red, en el cual, cuando reina una sobretensión en la red se alimenta una potencia reactiva de la instalación de energía eólica a la red para bajar una tensión, y en el cual se vigila si dentro de un tiempo predefinible la tensión se ha reducido a un valor teórico predefinible y/o si se emite una corriente reactiva superior o igual a un valor teórico de corriente reactiva predefinible, estando prevista una primera función límite de valores teóricos de tensión predefinidos, en función del tiempo, y/o una segunda función límite de valores teóricos de corriente reactiva inductiva predefinidos, en función del tiempo.

Por una de las tensiones se entiende una tensión existente entre un punto de enlace de la instalación de energía eólica o un parque de instalaciones de energía eólica hacia la red, y una instalación de energía eólica, por ejemplo el generador de una instalación de energía eólica en la góndola. Preferentemente, se refiere a una tensión en el lado de baja tensión de un transformador de una instalación de energía eólica o de un parque de instalaciones de energía eólica.

Preferentemente, sólo al sobrepasar un intervalo de sobretensión predefinible se alimenta potencia reactiva a la red. Los componentes o aparatos eléctricos de una instalación de energía eólica o de un parque de instalaciones de energía eólica, habitualmente, están concebidos de tal forma que puedan resistir sin sufrir daños, incluso durante un tiempo prolongado, un cierto grado de sobretensiones, por ejemplo el 10% de sobretensión, es decir una tensión de red del 110%. Por lo tanto, la vigilancia de si la tensión se ha reducido a un valor teórico predefinible o si se emite una corriente reactiva correspondiente, superior o igual a un valor teórico de corriente reactiva predefinible, puede hacerse en función de si se ha sobrepasado un intervalo de sobretensión correspondiente. Por ejemplo, puede existir un exceso crítico si existe durante más de 20 ms una sobretensión del 20%. Generalmente, la vigilancia puede comenzar por ejemplo cuando se ha alcanzado una sobretensión crítica, por ejemplo superior al 110% de la tensión nominal. El comienzo de la vigilancia puede hacerse también en función del tiempo.

Preferentemente, en caso de que el valor teórico de tensión predefinible y/o el valor teórico de corriente reactiva predefinible no se haya alcanzado, se dispara una señal para la separación de la instalación de energía eólica de la red y proteger de esta manera contra daños los componentes eléctricos de la instalación de energía eólica o del parque de instalaciones de energía eólica. Por lo tanto, la invención hace posible un procedimiento y una instalación de energía eólica con una regulación para pasar por sobretensiones temporales que también pueden denominarse "high voltage right through". De ese modo, se reducen las solicitaciones de tensión de los componentes de una instalación de energía eólica o de un parque de instalaciones de energía eólica. En particular, mediante el procedimiento según la invención, una instalación de energía eólica o un parque de instalaciones de energía eólica puede permanecer durante más tiempo en la red, y queda garantizada la protección de todos los componentes contra las sobretensiones. Además, se requiere sólo una adaptación ligera y económica de los componentes.

Según la invención, están previstas una primera función límite de valores teóricos de tensión predefinidos en función del tiempo y/o una segunda función límite de valores teóricos de corriente reactiva inductiva predefinidos, en función del tiempo. Por lo tanto, puede estar previsto no sólo un valor teórico de tensión, sino una multitud de valores teóricos de tensión o una multitud de valores teóricos de corriente reactiva que pueden cambiar en función del tiempo. Así, por ejemplo, puede ser que componentes eléctricos de la instalación de energía eólica son capaces de resistir durante cierto tiempo una sobretensión relativamente alta, pero que después se tiene que reducir notablemente la sobretensión para evitar que los componentes sufran daños. Por esta razón, los valores teóricos de tensión pueden variar entonces en función del tiempo.

Preferentemente, no se dispara ninguna señal para la separación de la instalación de energía eólica de la red, mientras la tensión se mantenga debajo de la primera función límite y/o mientras la corriente reactiva se mantenga por encima de la segunda función límite.

Además, preferentemente está prevista una regulación de tensión y/o una regulación de corriente reactiva, de forma que sea posible una regulación relativamente rápida de los valores teóricos. Para ello, por ejemplo, puede usarse una regulación PID o una regulación PD, para hacer posible una regulación más rápida. Alternativamente, también puede estar prevista una pequeña parte inductiva en una regulación PID.

Resulta especialmente preferible si el momento del disparo de la señal de la separación de la instalación de energía eólica de la red depende de un tiempo de reacción de un seccionador, para permitir de esta manera una separación de la red el tiempo suficiente antes de alcanzar un estado crítico para los componentes de la instalación de energía eólica o del parque de instalaciones de energía eólica, de modo que durante el tiempo de la separación, mientras siga existiendo una sobretensión correspondiente en los componentes, no se dañen los componentes.

Si preferentemente se continúa con la vigilancia cuando se ha alcanzado el valor teórico de tensión predefinible y/o el valor teórico de corriente reactiva predefinible y, especialmente, cuando reina una tensión nominal en la red, es posible continuar de forma segura la operación de la instalación de energía eólica. Preferentemente, se sigue alimentando potencia reactiva a la red más allá del tiempo predefinible, hasta que la tensión alcance otro valor predefinible. Cuando al alcanzar el otro valor predefinible de la tensión, la emisión de potencia reactiva se reduce de tal forma que no se sobrepase el otro valor predefinible de la tensión, se tiene en cuenta el problema de que por la tensión reducida la instalación de energía eólica en sí ya no puede detectar si ha terminado la sobretensión en la red. Esto se debe a que, tras la alimentación exitosa de corriente reactiva, la tensión se sitúa en una banda de tensión normal para la red y la instalación ya no mide ninguna sobretensión. Por lo tanto, ahora hay que esperar hasta que siga bajando la tensión, eventualmente también por debajo de una banda de tensión permitida o de otro valor de tensión predefinible, después de lo cual puede finalizarse la alimentación de corriente reactiva o la alimentación de potencia reactiva. Preferentemente, la alimentación de corriente reactiva o la alimentación de potencia reactiva no debe finalizarse abruptamente, sino realizarse de tal forma que se evite una nueva sobretensión, lo que queda garantizado mediante la medida preferible.

Preferentemente, al menos un componente eléctrico de la instalación de energía eólica y/o del parque eólico no realiza conmutaciones o suspende las conmutaciones en caso de una tensión sobrerreactiva predefinible de una sobretensión de la red. De esta forma, se evita en gran medida que la instalación de energía eólica sufra daños. En el marco de la invención, por tensión sobrerreactiva se entiende especialmente una sobretensión provocada por la sobretensión en la red. Resulta especialmente preferible si al menos un componente eléctrico de la instalación de energía eólica no puede exponerse, ni siquiera durante un tiempo corto, a una tensión sobrerreactiva predefinible de una sobretensión de la red y/o si al menos un componente eléctrico que efectúa una conmutación y que no está concebido para la sobretensión o la tensión sobrerreactiva, es alimentado por una alimentación eléctrica exenta de interrupciones. Al usar una alimentación eléctrica exenta de interrupciones, conocida de por sí, preconectada a los sensibles componentes eléctricos, que hace que ninguna sobretensión o tensión sobrerreactiva de una sobretensión de la red alcance los componentes eléctricos sensibles, es posible una protección especialmente eficiente de estos componentes sensibles, mientras que los demás componentes, no tan sensibles, no necesitan una alimentación eléctrica exenta de interrupciones. En caso de una tensión sobrerreactiva de una sobretensión de la red en la entrada de la alimentación eléctrica exenta de interrupciones, ésta desconecta la conducción de la tensión cambiando al servicio por acumulador para seguir alimentando de tensión o potencia a los componentes sensibles.

Preferentemente, el procedimiento según la invención se realiza durante un tiempo máximo predefinible. Después, se termina el procedimiento y, en particular, si sigue existiendo una sobretensión, el parque eólico o la instalación de energía eólica se separa de la red.

Preferentemente, se prevé un procedimiento para la operación de un parque de instalaciones de energía eólica con al menos dos instalaciones de energía eólica, usando un procedimiento según la invención que se ha descrito anteriormente.

Preferentemente, una regulación de parque controla una fuente de corriente reactiva del parque, con lo cual, adicionalmente a la correspondiente potencia reactiva de la instalación de energía eólica, se puede seguir poniendo a disposición potencia reactiva. Así, la reducción deseada de la tensión es apoyada por el control o la regulación de una fuente de corriente reactiva, situada a distancia de las instalaciones de energía eólica. La fuente de corriente reactiva adicional o la fuente de corriente reactiva del parque puede ser un desfasador o un banco de capacitadores.

Además, el objetivo se consigue mediante una instalación de energía eólica según la reivindicación 9, con un generador eléctrico accionado por un rotor para la emisión de potencia eléctrica a una red eléctrica, en la cual, en caso de reinar una sobretensión en la red, se alimenta una potencia reactiva de la instalación de energía eólica a la red para reducir una tensión, estando previsto un dispositivo de vigilancia configurado para vigilar si dentro de un tiempo predefinible la tensión se ha reducido a un valor teórico predefinible y/o si se emite una corriente reactiva superior o igual a un valor teórico de corriente reactiva predefinible, estando previstas una primera función límite para el valor teórico de tensión predefinible en función del tiempo y/o una segunda función límite de valores teóricos de corriente reactiva inductiva predefinidos, en función del tiempo.

Preferentemente el dispositivo de vigilancia está configurado de tal forma que, sólo al sobrepasarse un intervalo de sobretensión predefinible se alimenta potencia reactiva a la red. En el marco de la invención, por intervalo de sobretensión predefinible se entiende especialmente que está prevista una función de la sobretensión en función del tiempo, por encima de la cual se alimenta entonces la potencia reactiva a la red. Preferentemente, el dispositivo de vigilancia dispara una señal para la separación de la instalación de energía eólica de la red, si no se ha alcanzado el valor teórico de tensión predefinible y/o el valor teórico de corriente reactiva predefinible. Preferentemente, además está previsto un dispositivo de regulación que permite una regulación de tensión y/o una regulación de la corriente reactiva. Como ya se ha descrito anteriormente, se trata preferentemente de un dispositivo de regulación PID o PD o de un dispositivo PID con una baja parte integral.

La instalación de energía eólica según la invención es especialmente fácil de realizar, si está previsto un convertidor o un sistema de convertidor y generador que para reducir la tensión alimenta una corriente reactiva a la red. Preferentemente, está prevista una alimentación eléctrica exenta de interrupciones que protege contra sobretensiones a al menos un aparato eléctrico sensible o un componente eléctrico sensible de la instalación de energía eólica.

Además, preferentemente el circuito de rotor y/o el circuito de estator están configurados con un seccionador de potencia o disyuntor, configurado para sobretensiones. Resulta especialmente preferible, si están previstos interruptores separados para el circuito de rotor y el circuito de estator, de tal forma que éstos también puedan conmutarse por separado. Preferentemente, el generador es un generador asíncrono con doble alimentación. También puede estar previsto un generador asíncrono o generador síncrono que alimenta toda la potencia a la red a través de un convertidor. Además, puede estar previsto un generador asíncrono, acoplado directamente a la red, estando previsto en la instalación de energía eólica o en el parque eólico un dispositivo, como por ejemplo respectivamente uno o varios convertidores o inductividades conmutables, configurados para modificar la potencia reactiva de la instalación de energía eólica y/o del parque eólico. Además, preferentemente, el convertidor es un convertidor de circuito intermedio, presentando el convertidor de circuito intermedio especialmente, preferentemente, al menos una resistencia conmutable en un circuito intermedio y/o en una conexión eléctrica con el generador, siendo activada la resistencia cuando la potencia, la tensión aplicada y/o la corriente que fluye por el convertidor, alcanza respectivamente un valor límite predefinible. Las resistencias son preferentemente resistencias de potencia concebidas para absorber en caso de averías la potencia del generador para proteger al convertidor.

Preferentemente, un parque de instalaciones de energía eólica está provisto de al menos dos instalaciones de energía eólica según la invención, descritas anteriormente. Preferentemente, está prevista una fuente de corriente reactiva del parque, alejada de las instalaciones de energía eólica, que es controlada o regulada especialmente por una regulación del parque.

En el marco de la invención, el término corriente reactiva abarca una corriente reactiva adicional a la que se alimenta de por sí a la red, añadiéndose la corriente reactiva alimentada durante la operación normal antes de la sobretensión, a la corriente reactiva mencionada en la invención. En el marco de la invención, en lugar de la potencia reactiva alimentada también es posible alimentar una corriente reactiva, modificar correspondientemente el ángulo de fase de la corriente reactiva o variar un factor de potencia, es decir, usar magnitudes eléctricas análogas a la potencia reactiva que describen o definen la parte o la cuantía de la potencia reactiva emitida.

Según la invención, se proporcionan un procedimiento para la operación de una instalación de energía eólica, así como una instalación de energía eólica que se autovigila y que detecta si se produce a tiempo una reducción necesaria de la tensión en caso de una sobretensión en la red y si la reducción de la tensión es suficientemente grande.

A continuación, la invención se describe, sin limitar la idea general de la invención, con la ayuda de ejemplos de realización, haciendo referencia a los dibujos. En lo que se refiere a todos los detalles según la invención que no se describen en detalle en el texto, se remite expresamente a los dibujos. Muestran:

La figura 1 una representación esquemática de un parque eólico con conexión a la red de alta tensión,

la figura 2 una representación esquemática de un diagrama de la tensión relativa a lo largo del tiempo, que representan las exigencias de los operadores de red en cuanto a la capacidad de las instalaciones de energía eólica,

la figura 3 una representación esquemática de una instalación de energía eólica,

la figura 4 una representación esquemática de una estática de tensión, es decir de un diagrama de una corriente reactiva relativa sobre una tensión relativa,

la figura 5 una representación esquemática de curvas de tensión sobre el tiempo,

la figura 6 una representación esquemática de un dispositivo de regulación de una instalación de energía eólica, y

la figura 7 una representación esquemática de la corriente reactiva sobre el tiempo.

En las siguientes figuras, los elementos o piezas idénticas o iguales llevan los mismos signos de referencia y, por tanto, no se describen cada vez de nuevo.

En las instalaciones de energía eólica es habitual que en caso de tensiones de red del 110% de la tensión nominal, la instalación de energía eólica se separa de la red de alta tensión para proteger los componentes de la instalación de energía eólica. Las sobretensiones o tensiones sobrerreactivas de sobretensiones que se producen en instalaciones de energía eólica son, en la mayoría de los casos, el resultado de eventos en la red de alta tensión. Se puede tratar, por ejemplo, de la descarga de una carga inductiva.

En la figura 1 está representado esquemáticamente un parque eólico 10 con cinco instalaciones de energía eólica 15 a 19, estando conectado el parque eólico 10 a la red 31 o a la red de alta tensión 31. El evento que aumenta la tensión puede estar situado, por ejemplo, en el punto o lugar 1 o en el punto o lugar 2.

Entre el lugar del fallo o el lugar 1 ó 2, en el que se produce el evento que provoca la subida de la tensión, y las instalaciones de energía eólica 15 a 19 o el parque de instalaciones de energía eólica 10 existe además una serie de inductividades a causa de las líneas de alimentación que como especie de esquema equivalente están señalizados por 61 en la figura 1. Las inductividades o bobinas 61 pueden ser tanto las líneas de alimentación en la red de tensión alta y de tensión media como el transformador de alta tensión 63 que está configurado como transformador escalonado 63. Las instalaciones de energía eólica 15 a 19, a su vez, se conectan con la red de tensión media del parque eólico, con un transformador 65 que puede estar configurado, por ejemplo, como transformador de dos devanados o de tres devanados. En la figura 3 está representado, por ejemplo, un transformador de tres devanados 65. Los valores típicos de la caída de tensión encima de los transformadores son, por ejemplo, el 12% para el transformador de alta tensión 63, y de 6% a 10% para el transformador de tensión media 65. Otras caídas de tensión se realizan, por ejemplo, a través de una inductancia de red y el generador que, por ejemplo en la figura 3, lleva el signo de referencia 30. De esta forma, en caso de una alimentación de corriente reactiva por valor del 50% o del 100%, se pueden conseguir caídas de tensión del 6% o del 12% encima del transformador de alta tensión y aprox. de 3% a 5% o de 6% a 10% encima del transformador de tensión media.

Una sobretensión en el lugar 1 conduce a tensiones o tensiones sobrerreactivas más elevadas en los lugares 3 a 9.

Las instalaciones de energía eólica 15 a 19 de la figura 1 están dotadas de rotores 25 a 29 correspondientes, mediante los que genera corriente o potencia un correspondiente generador 30 representado esquemáticamente, por ejemplo en la figura 3. Para representar las resistencias de línea y las inductividades de línea, en la figura 1 están representados además esquemáticamente resistencias 60 y condensadores 62. Por 64 está representada una predefinición de valor teórico que predefine el coseno de la fase phi, la potencia reactiva Q, el ángulo de fase phi mismo y la tensión para la regulación 50 del parque. Habitualmente, estos valores son predefinidos por los operadores de la red de alta tensión 31. Además sirven de magnitudes de entrada para la regulación 50 del parque la corriente real (I_real) tomada entre el transformador escalonado 63 y las instalaciones de energía eólica 15 a 19 y la tensión que reina realmente (U_real). Además, está prevista una alimentación eléctrica sin interrupciones 52 para proteger los componentes sensibles de la regulación 50 del parque contra tensiones sobrerreactivas o sobretensiones.

Además está prevista una fuente de corriente reactiva 56 o fuente de corriente reactiva de parque, situada a distancia de las instalaciones de energía eólica, que puede estar configurada como desfasador y que es controlada o regulada por la regulación 50 del parque eólico.

La figura 2 muestra una representación esquemática de las exigencias de operadores de red en cuanto a la capacidad de las instalaciones de energía eólica de pasar por sobretensiones temporales en la red 31.

Debido al creciente porcentaje de las instalaciones de energía eólica para el suministro de energía en redes de alta tensión, aumentan también la exigencia de los operadores de red de posibilitar un apoyo de la red de alta tensión 31 por las instalaciones de energía eólica o parques de instalaciones de energía eólica, especialmente en caso de sobretensiones en la red de alta tensión 31. Las exigencias de los operadores de red, que están representadas a título de ejemplo en la figura 2, muestran que, por ejemplo en Alemania, se exige resistir durante un tiempo de 0,1 seg. una sobretensión del 126%, sin que se produzca una separación de la red. En la figura 2, esto está representado esquemáticamente mediante la línea continua. Está representada la tensión relativa U en relación con la tensión nominal Un, a saber, en función del tiempo con la unidad de segundos. En Canadá, las exigencias son aún más altas. Allí, se debe resistir durante 0,1 seg. una sobretensión del 140% y, a continuación, hasta transcurrido un tiempo de 1,4 seg. después de la ocurrencia del evento de sobretensión, además una sobretensión del 125%. Esto está representado por la línea discontinua. Las normas correspondientes en Australia son distintas, lo que está representado por la línea en puntos, y en los Estados Unidos de América también es diferente, lo que está representado por la línea en puntos y rayas.

La figura 3 muestra esquemáticamente una instalación de energía eólica con diversos conmutadores 32 a 34. Un generador 30 genera una correspondiente tensión, por ejemplo, de 950 voltios en el circuito de estator 55 y de 660 voltios en el circuito de rotor 54. Está previsto un convertidor 53 en el circuito de rotor 54. Un transformador de tres devanados 65 con una capacidad de 5,5 MVA ó de 5,5 MW transforma estas tensiones en 20 kV ó en 33 kV. Esta alta tensión se pone a disposición entonces a la red 31, a través del pie de torre 66. Está previsto un seccionador de potencia 32 que puede separar la instalación de energía eólica 15 de la red, a tiempo antes de alcanzar un estado crítico que pueda causar daños a los componentes de la instalaciones de energía eólica. De manera correspondiente, puede servir para este fin el disyuntor 33 en el pie de torre. El conmutador 34 es una especie de conmutador de sincronización que conecta la instalación de energía eólica 15 a la red cuando existe igual de fases entre la tensión de red o la corriente de red y la tensión o corriente proporcionada por la instalación de energía eólica.

Si ahora en caso de una subida de tensión se produce una alimentación de potencia reactiva inductiva o subexcitada, esto conduce a una caída de tensión encima de las inductividades de la instalación de energía eólica o del parque de instalaciones de energía eólica. De esta forma, especialmente durante el servicio estacionario se puede bajar la tensión en las instalaciones de energía eólica con respecto a la tensión en el lugar del fallo. En particular, se puede bajar la tensión sobrerreactiva en la instalación de energía eólica o en el parque de instalaciones de energía eólica. Un ejemplo de la realización de una regulación de este tipo con la ayuda de una estática de tensión está representado esquemáticamente en la figura 4. Aquí se representa una regulación de un sistema de generador y convertidor o de un convertidor en una instalación de energía eólica en caso de una sobretensión para bajar la tensión, es decir, para alimentar potencia reactiva inductiva o subexcitada.

En la figura 4 está representado un diagrama de la corriente reactiva en relación con la corriente reactiva nominal en función de una tensión relativa, es decir, de la tensión real dividida por la tensión nominal. Están representadas dos variantes en la figura 4, a saber, la primera variante con una línea continua y la segunda variante con una línea discontinua. La variante 1 de la estática de tensión constituye la alternativa de regulación, en la que, en una banda de tensión normal, es decir, con una sobretensión de hasta el 110% en relación con la tensión de red, se produce una emisión de corriente reactiva en función de la tensión, que contrarresta una subida de tensión de una instalación de energía eólica y, si la tensión sigue subiendo más allá de la banda de tensión, es decir, más del 110% U/Un, se aumenta fuertemente la alimentación de potencia reactiva, alcanzándose relativamente rápido el valor máximo de la corriente reactiva. Esta variante se usa preferentemente, cuando es pequeño el efecto de la emisión de corriente reactiva sobre la tensión, es decir, en caso de una red rígida o si se debe garantizar que en todo caso debe producirse un rebase por defecto de una tensión determinada o predefinible.

La variante 2 muestra, como alternativa, una regulación, en la que en la banda de tensión normal, hasta el 110% U/Un, no se reacciona a cambios de tensión mediante variaciones de la emisión de corriente reactiva, y en caso del rebase por exceso de la banda de tensión se regula bruscamente a un valor correspondiente a una emisión de corriente reactiva correspondiente, incrementándose la emisión de corriente reactiva si sigue subiendo la tensión de una función, en este caso lineal, de la estática.

Esta variante resulta ventajosa, si mediante el salto se consigue ya una tensión tolerable y si la función se ocupa entonces de que la tensión creciente se compense mediante una mayor emisión de corriente reactiva. Para ello, la función con la que aumenta la emisión de corriente reactiva debe corresponder aproximadamente al efecto sobre la tensión. En este caso, se trata de una llamada "red blanda". Naturalmente, son posibles diversas variantes, especialmente también funciones no lineales en los intervalos en los que están representadas funciones lineales.

Si existe un fallo en la red de alta tensión 31 o una sobretensión superior a un valor de sobretensión predefinible, que puede causar daños a componentes de la instalación de energía eólica, se plantea el problema de que, además de la operación de la instalación de energía eólica, es decir, de la alimentación de potencias a la red, se tiene que seguir garantizando también una protección suficiente. Para no someter aparatos eléctricos correspondientes a una sobretensión demasiado alta, hay que garantizar que el intervalo representado en la figura 5 debajo de la segunda función de tensión 42 para la operación de la instalación de energía eólica no se abandone hacia arriba. La figura 5 muestra correspondientemente una representación esquemática de una función de tensión sobre el tiempo, estando aplicado sobre la ordenada (U_{i} + \Delta)/U_{i}, siendo U_{i} un valor máximo de una tensión de aislamiento de dimensionamiento y \Deltau una cresta de tensión no periódica superpuesta.

En el intervalo debajo de la segunda curva de tensión 42, por lo tanto, se puede operar una instalación de energía eólica con sobretensión, siempre que no se realicen conmutaciones bajo carga. Para realizar conmutaciones bajo carga, se tiene que garantizar que, dentro del intervalo representado debajo de la segunda función de tensión 42, la instalación de energía eólica se separe de la red. Debajo de la primera función de tensión 41 pueden realizarse sin problemas conmutaciones bajo carga. En la figura 5 se trata de una norma correspondiente para aparatos de conmutación (norma IEC 60439-1).

Según dicha norma, por ejemplo, es posible pasar por una sobretensión del 140%, aproximadamente, sin conmutaciones por parte de la instalación de energía eólica, teniendo que haberse reducido la sobretensión después de un segundo al 10%, aproximadamente, para no sobrecargar los componentes eléctricos.

Según la invención, la instalación de energía eólica o un dispositivo de vigilancia de la instalación de energía eólica detecta una sobretensión y alimenta la corriente reactiva correspondiente para bajar la tensión. La bajada de tensión se vigila y si existe el peligro de un rebase por exceso de las líneas límite o de la primera función de tensión 41 o de la segunda función de tensión 42, la instalación se separa de la red. Esto se realiza, preferentemente, teniendo en cuenta el tiempo de reacción del seccionador empleado, por ejemplo, del seccionador de potencia 32 de la figura 3 o del disyuntor 33 de la figura 3 y allí, dado el caso, también bajo carga. Puesto que las sobretensiones también pueden permanecer durante un tiempo más prolongado, por ejemplo si existe un fallo correspondiente en la red, y si la separación de la instalación de energía eólica de la red se realiza, por ejemplo, con un retraso de tiempo de 40 ms a 100 ms, según el tipo de conmutador, en principio sería necesario realizar una rigidez dieléctrica más elevada de los componentes eléctricos de la instalación de energía eólica o del parque de instalaciones de energía eólica, ya que por razones de protección, debería producirse ya al principio del fallo una señal para la separación, para que la instalación de energía eólica sea separada a tiempo si el fallo o la sobretensión permanece durante más tiempo.

Esto lo remedia la solución según la invención, de tal forma que en caso de una tensión demasiado alta en la red 31, un convertidor o un sistema de generador y convertidor, por ejemplo, con un dispositivo de regulación 51, tal como está representado de forma simplificada y esquemática en la figura 6, según una estática de tensión según la figura 4, se alimenta a la red 31, por ejemplo, una corriente reactiva inductiva, para bajar la tensión en la instalación de energía eólica o en el parque de instalaciones de energía eólica. Entonces, preferentemente, también se prevé que mediante una señal del control de operación se evita que componentes afectados directamente por la subida de tensión y no concebidos para la operación con una tensión más elevada, realicen conmutaciones que puedan causar daños a los componentes.

Por medio de una vigilancia se comprueba si la regulación es suficientemente grande, por ejemplo, si en un plazo de 30 ms después del comienzo del evento o del inicio de la sobretensión se suministra una corriente reactiva suficientemente alta, por ejemplo, un valor del 90% del valor final, y si dentro de ese tiempo la tensión se ha podido reducir suficientemente a un valor deseado. Una reducción suficiente puede ser, por ejemplo, una reducción a o debajo de un valor admisible, predefinible, o a un valor situado dentro de un área de tiempo de tensión admisible.

Una representación esquemática de una regulación de una corriente reactiva I_{B} suficientemente alta está representada en la figura 7 en función del tiempo, en unidades arbitrarias (au). Por 81 está representado un valor teórico de corriente reactiva. Por 82 está representada una primera curva del valor real de corriente reactiva y por 83 está representada una segunda curva del valor real de corriente reactiva. En este ejemplo de realización, la regulación de la corriente reactiva según la curva 82 es suficiente para alimentar con la rapidez suficiente una corriente reactiva suficientemente alta. La curva 83 muestra un desarrollo que representa una regulación demasiado lenta, lo que podría deberse, por ejemplo, a que es demasiado grande la parte integral, por ejemplo, de un regulador PID
empleado.

Si no se produce una reducción suficiente de la tensión o si no se alimenta la corriente suficiente, hay que partir de un comportamiento erróneo de la instalación de energía eólica o de un evento inusual en la red de alta tensión 31. En este caso, se dispara una señal para separar la instalación de energía eólica de la red por un conmutador preconectado o un conmutador con la capacidad de conmutación suficiente como, por ejemplo, el seccionador de potencia 31 o el disyuntor 33, para garantizar que antes de alcanzar un tiempo crítico, por ejemplo 100 ms con el 13 0% de tensión nominal, se produzca una separación de la instalación de energía eólica de la red o una separación del parque de energía eólica y que, por tanto la tensión en los componentes correspondientes vuelva a situarse en el intervalo
admisible.

Si se produce una reducción suficiente de la tensión, la instalación de energía eólica o el parque de instalaciones de energía eólica puede seguir operando. A pesar de un fallo en el lado de alta tensión, la tensión en la instalación de energía eólica y, por tanto, para los componentes de la instalación de energía eólica, se reduce a valores admisibles, con lo cual es posible pasar incluso por fallos o sobretensiones notablemente más prolongados, por ejemplo un 120% de sobretensión durante un segundo, como desarrollos de tensión más elevados de lo que sería admisible según la norma de aparatos de conmutación, es decir, sin reducción de tensión. Para la protección continuada de la instalación de energía eólica o el parque de instalaciones de energía eólica, está prevista una vigilancia continuada de los valores límite, que dispara una desconexión de la instalación de energía eólica en caso del rebase por exceso de tensiones definidas o de una curva de tensión predefinida o del abandono de un área de tiempo de tensión definida. Adicionalmente, está previsto disponer aparatos sensibles detrás de una alimentación eléctrica sin interrupciones 52 capaz de operar bajo sobretensión durante un tiempo prolongado. Si está conectada entre la red 31 y los componentes correspondientes, la alimentación eléctrica sin interrupciones puede evitar eficazmente que se transmita la subida de tensión. Esto permite alimentar componentes que no pueden operar con sobretensión ni siquiera durante un tiempo corto, o alimentar componentes que tienen que conmutar durante una sobretensión, pero que no tienen que concebirse para esta finalidad.

Según la invención, como se indica en la figura 3, basta con prever un seccionador de potencia 32 o un disyuntor 33 en el circuito de rotor o una conexión de ondulador de red en una instalación de energía eólica con generador asíncrono con doble alimentación, siempre que existan conmutadores separados para el circuito de estator y el circuito de rotor, y siempre que el seccionador de potencia y/o el disyuntor en el circuito de rotor estén concebidos para una capacidad de conmutación en caso de tensión más elevada.

La figura 6 muestra una representación esquemática de una regulación de tensión de una instalación de energía eólica con un dispositivo de regulación 51, al menos algunas partes o una parte de la cual se alimentan de tensión de forma segura con una alimentación eléctrica sin interrupciones 52, en cuyo caso existe también una protección correspondiente contra sobretensiones. Como magnitudes de entrada sirven para el dispositivo de regulación 51 un máximo de potencia activa 70, un valor teórico de potencia reactiva 71 y un valor teórico de tensión 72. El valor teórico de tensión 72 se compara con una tensión de salida U. El importe diferencial o el importe de comparación se suministra a un regulador de tensión 73 conduciendo a una tensión regulada que, junto a una comparación de la potencia reactiva calculada a partir de la tensión y la corriente en un cálculo de potencia reactiva 78 y junto al valor teórico de potencia reactiva, conduce a un parámetro de regulación para la regulación de potencia reactiva 74, que es uña magnitud de entrada para el módulo de predefinición 77. Por otra parte, la potencia 70 máxima predefinida sirve de magnitud de comparación con potencia activa calculada en el cálculo de potencia activa 76 a partir de la corriente emitida o de la tensión emitida. El valor diferencial correspondiente se suministra a una regulación de potencia activa 75. El resultado de ello sirve también de magnitud de entrada del módulo de predefinición 77. En el módulo de predefinición 77 se calculan y controlan los correspondientes parámetros de desacoplamiento, parámetros de limitación, conmutaciones etc. La salida del dispositivo de regulación 51 conduce a un convertidor o un sistema de convertidor y generador 79. Partiendo de ello, se emiten una tensión correspondiente y una corriente correspondiente U e I, a saber, en dirección 80 a la red 31 o a un punto de entrega a la red 31.

Preferentemente, para determinar el momento del disparo de la señal para la separación de la instalación de energía eólica de la red, se prevé una curva de desconexión por sobretensión, que preferentemente se determinó de forma empírica. Para ello, especialmente, está depositado, preferentemente en una memoria del dispositivo de regulación o de un ordenador, un modelo en forma de una base de datos que sirve para la operación de la instalación de energía eólica y partes de la misma. Está previsto especialmente un campo de datos característicos para la operación de la instalación de energía eólica en el intervalo de sobretensión, en el que se tiene en cuenta, preferentemente, al menos un tiempo de reacción de al menos un seccionador. Por lo tanto, el campo de datos característicos de operación presenta datos característicos de riesgos de operación, mediante los que es posible una operación segura de la instalación de energía eólica en caso de sobretensiones en la red de alta tensión. Por lo tanto, la instalación de energía eólica puede seguir operando incluso en caso de altas sobretensiones, quedando protegidos los componentes de la instalación de energía eólica contra la sobretensión y teniendo que concebirse especialmente sólo pocos componentes para una rigidez dieléctrica más elevada. Además, la instalación de energía eólica queda protegida contra esfuerzos mecánicos demasiado altos en caso de las llamadas igniciones "crowbar" durante sobretensiones, de tal forma que se reduce la tensión en el generador.

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Lista de signos de referencia

1-9: Lugar

10: Parque de instalaciones de energía eólica

15-19: Instalación de energía eólica

25-29: Rotor

30: Generador

31: Red

32: Seccionador de potencia

33: Disyuntor

34: Conmutador

41: Primera función de tensión

42: Segunda función de tensión

50: Regulación de parque

51: Dispositivo de regulación

52: Alimentación eléctrica sin interrupciones

53: Convertidor

54: Circuito de rotor

55: Circuito de estator

56: Fuente de corriente reactiva

60: Resistencia

61: Bobina

62: Condensador

63: Transformador escalonado

64: Predefinición de valores teóricos

64': Predefinición de valores teóricos

65: Transformador de tres devanados

66: Pie de torre

70: Valor máximo de potencia activa

71: Valor teórico de potencia reactiva

72: Valor teórico de tensión

73: Regulador de tensión

74: Regulación de potencia reactiva

75: Regulación de potencia activa

76: Cálculo de potencia activa

77: Módulo de predefinición

78: Cálculo de potencia reactiva

79: Convertidor/generador

80: Hacia la red

81: Valor teórico de corriente reactiva

82: Primera curva de valor real de corriente reactiva

83: Segunda curva de valor real de corriente reactiva

t: Tiempo

P: Potencia activa

Q: Potencia reactiva

U: Tensión

I: Corriente

Ib: Corriente reactiva

Ip_{n}: Corriente reactiva nominal

phi: Fase

U_{n}: Tensión nominal

Claims

1. Procedimiento para la operación de una instalación de energía eólica (15-19) con un generador (30) accionado de forma eléctrica por un rotor (25-29) para emitir potencia eléctrica a una red eléctrica (31), que prevé una tensión de red, en el cual, cuando reina una sobretensión en la red (31) se alimenta una potencia reactiva de la instalación de energía eólica (15-19) a la red (31) para reducir una tensión, caracterizado porque se vigila si dentro de un tiempo predefinible la tensión se ha reducido a un valor teórico predefinible y/o si se emite una corriente reactiva superior o igual a un valor teórico de corriente reactiva predefinible, estando prevista una primera función límite (42) de valores teóricos de tensión predefinidos, en función del tiempo (t), y/o una segunda función límite de valores teóricos de corriente reactiva inductiva predefinidos, en función del tiempo (t).

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque sólo al sobrepasar un intervalo de sobretensión predefinible se alimenta una potencia reactiva a la red (31), disparándose una señal para la separación de la instalación de energía eólica (15-19) de la red (31) , especialmente en caso de que no se ha alcanzado el valor teórico de tensión predefinible y/o el valor teórico de corriente reactiva predefinible.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque no se dispara ninguna señal para la separación de la instalación de energía eólica (15-19) de la red (31) mientras la tensión se mantenga por debajo de la primera función límite (42) y/o mientras la corriente reactiva se mantenga por encima de la segunda función límite.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque está prevista una regulación de tensión y/o una regulación de corriente reactiva.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 2 a 4, caracterizado porque el momento del disparo de la señal de la separación de la instalación de energía eólica (15-19) de la red (31) depende de un tiempo de reacción del seccionador (32, 33).

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la vigilancia continúa cuando se ha alcanzado el valor teórico de tensión predefinible y/o el valor teórico de corriente reactiva predefinible y especialmente cuando reina una tensión nominal en la red (31) , y especialmente se sigue alimentando potencia reactiva a la red (31) más allá del tiempo predefinible, hasta que la tensión alcanza otro valor predefinible, y especialmente, cuando se alcanza el otro valor predefinible de la tensión, la emisión de potencia reactiva se reduce de tal forma que no se sobrepase el otro valor predefinible de la tensión.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque al menos un componente eléctrico (34, 50, 51) de la instalación de energía eólica (15-19) y/o de un parque eólico (10) no realiza conmutaciones y/o suspende las conmutaciones en caso de una tensión sobrerreactiva predefinible de una sobretensión de la red (31), y especialmente al menos un componente eléctrico (34, 50, 51) de la instalación de energía eólica no puede exponerse a una tensión sobrerreactiva predefinible de la red (31) ni siquiera durante un tiempo corto, y/o al menos un componente eléctrico (34, 50, 51) que realiza una conmutación y que está no concebido para la sobretensión o tensión sobrerreactiva es alimentada por una alimentación eléctrica exenta de interrupciones (52), y el procedimiento se realiza especialmente durante un tiempo máximo predefinible.

8. Procedimiento para la operación de un parque de instalaciones de energía eólica con al menos dos instalaciones de energía eólica (15-19), realizándose un procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 7, controlando especialmente una regulación de parque (50) una fuente de corriente reactiva (56) del parque.

9. Instalación de energía eólica (15-19) con un generador eléctrico (30) accionado por un rotor (25-29), para emitir potencia eléctrica a una red eléctrica (31), en la cual, cuando reina una sobretensión en la red, se alimenta una potencia reactiva de la instalación de energía eólica (15-19) a la red (31) para bajar una tensión, caracterizada porque está previsto un dispositivo de vigilancia (50, 51) configurado para vigilar si dentro de un tiempo predefinible la tensión se bajó a un valor teórico predefinido y/o si se emite una corriente reactiva superior o igual a un valor teórico de corriente reactiva predefinible, estando previstas una primera función límite (42) de valores teóricos de tensión predefinidos en función del tiempo (t) y/o una segunda función límite de valores teóricos de corriente reactiva inductiva, predefinidos, en función del tiempo (t).

10. Instalación de energía eólica (15-19) según la reivindicación 9, caracterizada porque el dispositivo de vigilancia (50, 51) está configurado de tal forma que sólo al excederse un intervalo de sobretensión predefinible se alimenta potencia reactiva a la red (31), disparando especialmente el dispositivo de vigilancia (50, 51) una señal para la separación de la instalación de energía eólica (15-19) de la red (31) , si no se ha alcanzado el valor teórico de tensión predefinible y/o el valor teórico de potencia reactiva predefinible, estando previsto especialmente un dispositivo de regulación (51) con el que es posible una regulación de tensión y/o una regulación de corriente reactiva.

11. Instalación de energía eólica (15-19) según la reivindicación 9 ó 10, caracterizada porque está previsto un convertidor (53) o un sistema de convertidor y generador (30, 53) que para reducir la tensión alimenta una corriente reactiva a la red (31), estando prevista especialmente una alimentación eléctrica exenta de interrupciones (52) que protege contra sobretensiones a al menos un aparato eléctrico (50, 51) sensible o un componente eléctrico (34) sensible, estando configurados especialmente el circuito de rotor (54) y/o el circuito de estator (55) con un seccionador de potencia (32) o disyuntor (33) configurado para sobretensiones, estando previstos especialmente conmutadores (32, 33, 34) separados para el circuito de rotor (54) y el circuito de estator (55).

12. Instalación de energía eólica (15-19) según una de las reivindicaciones 9 a 11, caracterizada porque el generador (30) es un generador asíncrono con doble alimentación, siendo especialmente el convertidor (53) un convertidor de circuito intermedio, presentando especialmente el convertidor de circuito intermedio (53) al menos una resistencia conmutable en un circuito intermedio y/o en una conexión eléctrica con el generador (30), siendo activada la resistencia cuando la potencia, la tensión aplicada y/o la corriente que fluye por el convertidor (53), alcanza respectivamente un valor límite predefinible.

13. Parque de instalaciones de energía eólica (10) con al menos dos instalaciones de energía eólica (15-19) según una de las reivindicaciones 9 a 12.

14. Parque de instalaciones de energía eólica (10) según la reivindicación 13, caracterizado porque está prevista una fuente de corriente reactiva (56) del parque, situada a distancia de las instalaciones de energía eólica (15-19).