ES2351901A1 - Method and system to operate a wind turbine. (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents
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Abstract
Description
Método y sistema para operar un aerogenerador.Method and system to operate a wind turbine
La presente invención se aplica a turbinas eólicas equipadas con generadores asíncronos doblemente alimentados y con al menos un convertidor de potencia con la novedad de que permite, bajo determinadas circunstancias, la operación de la turbina como un sistema Full Converter (FC), como doblemente alimentado (DFIG) o como asíncrono (AS), lo que redunda en una mayor disponibilidad de la turbina.The present invention applies to turbines wind turbines equipped with double-powered asynchronous generators and with at least one power converter with the novelty that allows, under certain circumstances, the operation of the turbine as a Full Converter (FC) system, as doubly powered (DFIG) or as asynchronous (AS), which results in greater turbine availability.
En los inicios de la energía eólica, la mayor parte de las turbinas eólicas estaban equipadas con generadores asíncronos de jaula de ardilla. Estas turbinas funcionaban a velocidad de giro prácticamente constante, lo que implicaba menor eficiencia en la conversión de la energía del viento y mayores esfuerzos mecánicos en el aerogenerador. En la década de los 90 aparecieron las turbinas eólicas de velocidad variable que están equipadas con generadores asíncronos de rotor bobinado cuyo rotor está alimentado a través de un convertidor de potencia, a este tipo de sistema (entendiendo por sistema el conjunto de generador, convertidor de potencia y elementos de maniobra), se le conoce como doblemente alimentado (DFIG - Doubly Fed Induction Generator), ya que precisan de un convertidor de potencia encargado de gestionar la energía de los devanados rotóricos. Este sistema presenta la ventaja de mayor eficiencia energética y menores esfuerzos mecánicos por lo que se ha convertido en uno de los sistemas dominantes.At the beginning of wind energy, the largest part of the wind turbines were equipped with generators asynchronous squirrel cage. These turbines worked at practically constant turning speed, which meant less efficiency in wind energy conversion and greater mechanical stresses in the wind turbine. In the 90s appeared the variable speed wind turbines that are equipped with asynchronous winding rotor generators whose rotor is powered through a power converter, to this type of system (understanding by system the generator set, power converter and maneuvering elements), it is known as doubly fed (DFIG - Doubly Fed Induction Generator), already that require a power converter responsible for managing the Rotoric winding energy. This system has the advantage of greater energy efficiency and lower mechanical efforts so which has become one of the dominant systems.
Con el mismo objetivo aparecieron las turbinas eólicas de velocidad variable con generadores aislados de la red mediante un convertidor de potencia conectado al estátor del generador, que permite entregar a la red la potencia generada por la turbina. A este tipo de sistema se le conoce como Full Converter (FC), ya que precisan de un convertidor de potencia encargado de gestionar la energía de los devanados estatóricos.With the same objective the turbines appeared variable speed wind turbines with isolated grid generators by means of a power converter connected to the stator of the generator, which allows to deliver to the network the power generated by the turbine. This type of system is known as Full Converter (FC), since they require a power converter in charge of manage the energy of the static windings.
A medida que la capacidad eólica instalada y la potencia unitaria de las turbinas eólicas aumenta, se hace más importante asegurar la disponibilidad y fiabilidad de este tipo de generación eléctrica.As the installed wind capacity and the unit power of wind turbines increases, more is done important to ensure the availability and reliability of this type of electricity generation.
La presente invención se aplica a turbinas eólicas equipadas con generadores asíncronos doblemente alimentados y con al menos un convertidor de potencia con la novedad de que permite, bajo determinadas circunstancias, la operación de la turbina como un sistema FC, como DFIG o como Asíncrono (AS), lo que redunda en una mayor disponibilidad de la turbina.The present invention applies to turbines wind turbines equipped with double-powered asynchronous generators and with at least one power converter with the novelty that allows, under certain circumstances, the operation of the turbine as an FC system, as DFIG or as Asynchronous (AS), which it results in greater turbine availability.
Adicionalmente la naturaleza inherentemente distribuida de la energía eólica provoca que no siempre se puedan asegurar tiempos de reacción y reparación de anomalías, tan breves como sería deseable. Este caso se pone especialmente de manifiesto en las turbinas eólicas marinas (offshore) en las que por distintas causas la accesibilidad puede verse reducida.Additionally nature inherently distributed wind energy causes that they can not always be ensure reaction times and repair of anomalies, so short As would be desirable. This case is especially evident. in offshore wind turbines in which by different Causes Accessibility may be reduced.
La presente invención soluciona la problemática anterior al proporcionar tolerancia ante anomalías en el convertidor de potencia y otros componentes del sistema de forma que permite una selección entre los modos de operación FC, DFIG o AS.The present invention solves the problem previous when providing fault tolerance in the converter of power and other system components in a way that allows a selection between FC, DFIG or AS operating modes.
En el estado del arte actual encontramos invenciones cuya finalidad es evitar la pérdida de disponibilidad en las turbinas eólicas debida a fallos de funcionamiento en los componentes del sistema, o protegerlos cuando puedan llegar a producirse condiciones críticas de funcionamiento en las que peligre la integridad de los propios componentes (por ejemplo, del convertidor de potencia).In the current state of the art we find inventions whose purpose is to prevent the loss of availability in wind turbines due to malfunctions in system components, or protect them when they can reach produce critical operating conditions in which it is in danger the integrity of the components themselves (for example, of power converter).
La solicitud de patente US20060214428A1 (Jens Altemark, et al., Repower Systems AG) describe un método para conectar en paralelo convertidores de potencia de manera que ante un fallo de uno de ellos los demás puedan seguir funcionando evitando así la parada de la turbina eólica, funcionando siempre en modo DFIG.The patent application US20060214428A1 (Jens Altemark, et al ., Repower Systems AG) describes a method to connect power converters in parallel so that in the event of a failure of one of them the others can continue to work thus preventing the wind turbine from stopping , always operating in DFIG mode.
La solicitud de patente EP1768223A2 (José I. Llorente, et al., Gamesa Innovation & Technology, S.L. Unipersonal) describe una topología de convertidores de potencia colocados en paralelo y que atacan a diferentes bobinados del generador cuyo objeto es aumentar la eficiencia de la conversión y tolerar el fallo de alguno de los convertidores de potencia funcionando siempre en modo FC, de este modo, si uno de los convertidores falla se sigue generando potencia pero nunca se alcanzará la potencia nominal.Patent application EP1768223A2 (José I. Llorente, et al ., Gamesa Innovation & Technology, SL Unipersonal) describes a topology of power converters placed in parallel and attacking different windings of the generator whose purpose is to increase conversion efficiency and tolerate the failure of any of the power converters always operating in FC mode, thus, if one of the converters fails, power is still generated but the nominal power will never be reached.
La solicitud de patente US20060227578A1 (Rajib Data, et al., General Electric Company) describe una pluralidad de convertidores colocados en paralelo y cuya salida se compone de un transformador con varios devanados conectados en serie. Esta propuesta, al igual que las anteriores, aumenta la tolerancia ante fallos del convertidor mediante el empleo de una pluralidad de convertidores.Patent application US20060227578A1 (Rajib Data, et al ., General Electric Company) describes a plurality of converters placed in parallel and whose output consists of a transformer with several windings connected in series. This proposal, like the previous ones, increases the fault tolerance of the converter by employing a plurality of converters.
La solicitud de patente US20070024059A1 (John Douglas D'Atre, et al. General Electric Company) describe la posibilidad de activar los semiconductores del convertidor de potencia en un modo de cortocircuito, de forma que se impide el paso de energía a través del convertidor evitando, por ejemplo, un flujo excesivo de potencia que pudiera llegar a dañarlo. No obstante, no permite la operación de la turbina en caso de no tener operativo el convertidor. Dicha situación puede producirse por ejemplo si fallan los semiconductores de la electrónica de potencia o si falla la electrónica de control del convertidor.Patent application US20070024059A1 (John Douglas D'Atre, et al . General Electric Company) describes the possibility of activating the semiconductors of the power converter in a short-circuit mode, so as to prevent the passage of energy through the converter avoiding , for example, an excessive flow of power that could damage it. However, it does not allow turbine operation if the converter is not operational. Such a situation can occur, for example, if the semiconductors of the power electronics fail or if the control electronics of the converter fail.
La patente US7012409B2 (SEMIKRON) describe un sistema en el que a través de un convertidor de potencia auxiliar es posible, ante contingencias de la red, controlar la potencia reactiva aportada y consumida de la red.US7012409B2 (SEMIKRON) describes a system in which through an auxiliary power converter is possible, in case of network contingencies, control the power reactive contributed and consumed from the network.
La solicitud de patente WO2008/026973A1 (Gertmar et al., ABB) describe un método de operación en el que el generador asíncrono se conecta directamente a la red, o a través de un convertidor de potencia, con el objetivo de optimizar la producción para diferentes velocidades de giro.Patent application WO2008 / 026973A1 (Gertmar et al ., ABB) describes a method of operation in which the asynchronous generator is connected directly to the network, or through a power converter, in order to optimize production for different turning speeds
Actualmente, aquellos fallos en el aerogenerador que provocan un comportamiento anómalo del convertidor de potencia implican la pérdida, total o parcial, de generación de energía hasta que sea solventado el fallo.Currently, those failures in the wind turbine that cause an abnormal behavior of the power converter involve the loss, total or partial, of power generation up to that the fault be solved.
La presente invención evita colocar convertidores de potencia redundantes, y asegura modos de operación alternativos para seguir generando hasta el 100% de la potencia nominal.The present invention avoids placing redundant power converters, and ensures modes of operation alternatives to continue generating up to 100% of the power nominal.
Para conseguir los objetivos y resolver los inconvenientes anteriormente indicados, la invención consiste en un nuevo sistema de generación eléctrica diseñado de tal manera que permite el cambio entre los modos de operación FC, DFIG, y AS, permitiendo, en una realización preferida, funcionar hasta el 100 por 100 de la potencia nominal en alguno de los diferentes modos de operación en que puede funcionar sin que éste tenga elementos redundantes.To achieve the objectives and solve the inconveniences indicated above, the invention consists of a new power generation system designed in such a way that allows switching between FC, DFIG, and AS modes of operation, allowing, in a preferred embodiment, to operate up to 100 per 100 of the nominal power in any of the different modes of operation in which it can work without it having elements redundant
Se entiende por potencia nominal, la potencia característica máxima de cada uno de los modos de operación (FC - DFIG - AS).It is understood by nominal power, the power maximum characteristic of each of the modes of operation (FC - DFIG - AS).
Además son conocidos los siguientes modos de operación:In addition, the following modes of operation:
- modo de operación FC, en el que se cortocircuita el bobinado del rotor del generador y el estátor se conecta a la red a través de al menos un convertidor de potencia;- FC mode of operation, in which short-circuit the generator rotor winding and the stator will connect to the network through at least one converter power;
- modo de operación DFIG, en el que el bobinado del rotor del generador se conecta a la red a través de al menos un convertidor de potencia y el estátor se conecta directamente a la red;- DFIG mode of operation, in which the winding of the generator rotor is connected to the network through at least one power converter and the stator connects directly to the net;
- modo de operación AS, en el que se cortocircuita el bobinado del rotor del generador y el estátor se conecta directamente a la red.- AS mode of operation, in which short-circuit the generator rotor winding and the stator will connect directly to the network.
Se entiende como falta de operatividad parcial cualquier fallo de al menos un componente del sistema que impida funcionar generando el 100 por 100 de la potencia nominal en un modo de operación. La solución propuesta en esta invención permite generar hasta el 100 por 100 de la potencia nominal en al menos uno de los otros dos modos de operación.It is understood as lack of partial operability any failure of at least one system component that prevents operate generating 100 percent of the nominal power in one mode of operation. The solution proposed in this invention allows generate up to 100 percent of the nominal power in at least one of the other two modes of operation.
En una realización preferida de la invención, las condiciones de entrada y salida a cada uno de los modos de operación son:In a preferred embodiment of the invention, the conditions of entry and exit to each of the modes of operation are:
- --
- falta de operatividad parcial del sistema,lack partial operation of the system,
- --
- falta de operatividad total de los convertidores de potencia del sistema,lack of total operability of the power converters of the system,
- --
- especificación del operador de red eléctrica,network operator specification electric,
- --
- especificación del controlador general de parque eólico,general controller specification of wind farm,
- --
- criterios de optimización de rendimiento.optimization criteria of performance.
- --
- reserva de potencia activa requerida por el controlador de la turbina eólica,active power reserve required by the wind turbine controller,
- --
- aumento de disponibilidad durante labores de mantenimiento,increased availability during maintenance works,
- --
- o cualquier combinación de las anteriores.or Any combination of the above.
Adicionalmente, en función de las condiciones de entrada, la invención permite seleccionar el modo de operación que maximice la generación de potencia del aerogenerador.Additionally, depending on the conditions of input, the invention allows to select the mode of operation that Maximize wind generator power generation.
El método de la invención precisa del empleo de
los siguientes componentes: al menos un generador asíncrono de rotor
bobinado con al menos un estátor eléctricamente independiente, al
menos un convertidor de potencia con capacidad de controlar las
corrientes rotóricas y/o estatóricas de dicho generador en amplitud,
frecuencia y fase, y un conjunto de elementos de maniobra que
permitan la conexión y desconexión de los componentes anteriores.
Dicho método se caracteriza porque comprende operar según un modo de
operación seleccionado entre FC, DFIG y
AS.The method of the invention requires the use of the following components: at least one asynchronous winding rotor generator with at least one electrically independent stator, at least one power converter capable of controlling the rotational and / or static currents of said generator in amplitude, frequency and phase, and a set of maneuvering elements that allow the connection and disconnection of the previous components. Said method is characterized in that it comprises operating according to a mode of operation selected from FC, DFIG and
ACE.
Se entiende por convertidor de potencia cualquier topología que emplee electrónica de potencia y el control asociado. Dichos elementos constituyen una unidad funcional encargada de controlar las magnitudes rotóricas y/o estatóricas, tales como las corrientes, de tal manera que permita entregar energía a la red eléctrica, funcionando a velocidad variable o fija. El convertidor de potencia puede ser una topología formada por uno o varios back-to-back (conversiones de AC - DC - AC reversibles, a través de un bus de continua, donde AC es corriente alterna y DC corriente continua) o cualquier otra topología que realice la funcionalidad comentada.It is understood by power converter Any topology that employs power electronics and control associated. These elements constitute a functional unit in charge of controlling the rotational and / or static quantities, such as currents, so that it allows delivery power to the mains, running at variable or fixed speed. The power converter can be a topology formed by one or multiple back-to-back (conversions of AC - DC - AC reversible, through a continuous bus, where AC it is alternating current and DC direct current) or any other topology that performs the functionality mentioned.
El diseño del generador asíncrono de rotor bobinado tiene las siguientes características:The asynchronous rotor generator design winding has the following characteristics:
- --
- Un estátor formado por al menos un sistema eléctricamente independiente.A stator formed by at least one system electrically Independent.
- --
- Elementos de maniobra capaces de modificar la configuración de su rotor, de manera que permiten cortocircuitarlo y aislarlo del convertidor de potencia, o conectarlo al convertidor de potencia. El cortocircuitado del rotor del generador en el modo de funcionamiento DFIG es posible realizarlo mediante el cortocircuito franco o a través de otros elementos tales como resistencias, inductancias, condensadores, tiristores, IGBTs, diodos, o cualquier combinación de los elementos anteriores.Maneuvering elements capable of modify the configuration of your rotor, so that they allow short circuit it and isolate it from the power converter, or connect it to the power converter. The rotor short circuit of the generator in DFIG operating mode is possible perform it by means of the short circuit or through others elements such as resistors, inductances, capacitors, thyristors, IGBTs, diodes, or any combination of the elements previous.
La presente invención tiene como objeto poder seleccionar y cambiar entre los tres modos de operación FC, DFIG y AS, para maximizar la potencia generada por la turbina eólica, pudiendo llegar a ser hasta del 100% de la potencia nominal en el modo de operación seleccionado incluso en condiciones de falta de operatividad parcial.The object of the present invention is to select and switch between the three operating modes FC, DFIG and AS, to maximize the power generated by the wind turbine, being able to be up to 100% of the nominal power in the selected operating mode even in conditions of lack of partial operability
Para conseguir la funcionalidad comentada, el procedimiento de la invención comprende las siguientes fases:To get the functionality discussed, the The process of the invention comprises the following phases:
- --
- detectar unas condiciones de salida del modo de operación actual,detect exit conditions of current mode of operation,
- --
- detectar unas condiciones de entrada a al menos un modo de operación distinto del modo de operación actual,detect entry conditions to at least one mode of operation other than the mode of operation current,
- --
- seleccionar el modo de operación distinto del modo de operación actual,select operation mode other than the current mode of operation,
- --
- funcionar en el modo de operación seleccionado, actuando sobre unos elementos de maniobra.operate in operating mode selected, acting on some maneuvering elements.
El método de operación para cambiar del modo FC al modo DFIG y una vez funcionando en DFIG, volver a pasar al modo FC, comprende las siguientes fases:The operation method to change the FC mode to DFIG mode and once operating in DFIG, switch back to mode FC, includes the following phases:
- --
- detectar al menos una condición de salida del modo FC (p.ej. fallo parcial de algún elemento del sistema),detect at least one condition of FC mode output (eg partial failure of some element of the system),
- --
- desconectar, a través de la actuación de unos elementos de maniobra, el estátor del generador de los convertidores a los que esté conectado, y desconectar los convertidores de potencia de la red. Desconectar el cortocircuito de rotor (establecido en el modo de funcionamiento FC) para conectar, a través de los elementos de maniobra el rotor del generador a al menos un convertidor de potencia que no esté en situación de falta de operatividad parcial, para funcionar en modo DFIG,disconnect, through the performance of some maneuvering elements, the stator of the generator of the converters to which you are connected, and disconnect the network power converters. Disconnect the short circuit from rotor (set to FC operating mode) to connect, to through the operating elements the generator rotor a at less a power converter that is not in a fault situation partial operation, to operate in DFIG mode,
- --
- operar el generador en modo DFIG realizando las adaptaciones necesarias para permitir su acoplamiento a la red,operate the generator in DFIG mode making the necessary adaptations to allow its coupling to the network,
- --
- conectar el estátor a la red para generar potencia,connect the stator to the network to generate power,
- --
- detectar las condiciones de entrada al modo FC y cuando se cumplan estas condiciones, actuar sobre los elementos de maniobra para desconectar el sistema de la red y proceder a la activación del modo de operación FC.detect entry conditions to FC mode and when these conditions are met, act on the operating elements to disconnect the system from the network and proceed to the activation of the FC operating mode.
El método de operación para cambiar del modo FC al modo AS, y una vez funcionando en el modo AS pasar al FC o al DFIG, comprende las siguientes fases:The operation method to change the FC mode to AS mode, and once operating in AS mode, switch to FC or DFIG, includes the following phases:
- --
- detectar al menos una condición de salida del modo FC,detect at least one condition of FC mode output,
- --
- desconectar, si previamente está conectado y actuando sobre unos elementos de maniobra, el estátor del generador de los convertidores a los que esté conectado y desconectar los convertidores de la red.disconnect, if previously connected and acting on some maneuvering elements, the stator of the converter generator to which it is connected and disconnect the converters from the network.
- --
- operar el generador en modo AS realizando las adaptaciones necesarias para permitir su acoplamiento a la red y la generación de potencia,operate the generator in AS mode making the necessary adaptations to allow its coupling to the network and the generation of power,
- --
- conectar el estátor a la red para generar potencia,connect the stator to the network to generate power,
- --
- detectar las condiciones de entrada al modo DFIG y cuando se cumplan estas condiciones, actuar sobre los elementos de maniobra para desconectar el sistema de la red y proceder a la activación del modo de operación DFIG, o detectar las condiciones de entrada al modo FC y cuando se cumplan estas condiciones actuar sobre los elementos de maniobra para desconectar el sistema de la red y proceder a la activación del modo de operación FC.detect entry conditions to DFIG mode and when these conditions are met, act on the operating elements to disconnect the system from the network and proceed to activate the DFIG mode of operation, or detect the conditions for entering FC mode and when these are met conditions act on the maneuvering elements to disconnect the network system and proceed to the activation of the mode of FC operation.
El método de operación para cambiar del modo DFIG al modo AS, y una vez funcionando en el modo AS pasar al FC o al DFIG, comprende las siguientes fases:The operation method to change the mode DFIG to AS mode, and once operating in AS mode go to FC or to DFIG, it comprises the following phases:
- --
- detectar al menos una condición de salida del modo DFIG,detect at least one condition of DFIG mode output,
- --
- desconectar, si previamente está conectado y actuando sobre unos elementos de maniobra, el estátor del generador de la red. A través de los elementos de maniobra, desconectar los convertidores de potencia del rotor del generador y de la red, para funcionar en modo AS,disconnect, if previously connected and acting on some maneuvering elements, the stator of the network generator. Through the maneuvering elements, disconnect the power converters from the generator rotor and network, to operate in AS mode,
- --
- actuar sobre unos elementos de maniobra, para cortocircuitar el rotor del generador,Act on some maneuvering elements, to short-circuit the rotor of the generator,
- --
- operar el generador en modo AS realizando las adaptaciones necesarias para permitir su acoplamiento a la red y la generación de potencia,operate the generator in AS mode making the necessary adaptations to allow its coupling to the network and the generation of power,
- --
- conectar el estátor a la red para generar potencia,connect the stator to the network to generate power,
- --
- detectar las condiciones de entrada al modo DFIG y cuando se cumplan estas condiciones actuar sobre los elementos de maniobra para desconectar el sistema de la red y proceder a la activación del modo de operación DFIG, o detectar las condiciones de entrada al modo FC y cuando se cumplan estas condiciones actuar sobre los elementos de maniobra para desconectar el sistema de la red y proceder a la activación del modo de operación FC.detect entry conditions to DFIG mode and when these conditions are met act on the operating elements to disconnect the system from the network and proceed to activate the DFIG mode of operation, or detect the conditions for entering FC mode and when these are met conditions act on the maneuvering elements to disconnect the network system and proceed to the activation of the mode of FC operation.
En consecuencia, para implantar el método anterior el sistema incluye, además de los elementos necesarios para el control del aerogenerador:Consequently, to implement the method The system includes, in addition to the necessary elements for wind turbine control:
- --
- elementos de maniobra para conectar/desconectar el convertidor de potencia del estátor del generador, del rotor del generador, y de la red,maneuvering elements for connect / disconnect the stator power converter from the generator, generator rotor, and network,
- --
- elementos de maniobra para conectar/desconectar el estátor del generador de la red,maneuvering elements for connect / disconnect the generator stator from the network,
- --
- elementos de maniobra para cortocircuitar el rotor del generador constituidos por una pluralidad de elementos seleccionados entre elementos activos, elementos pasivos y combinación de los mismos. Se entiende por elementos activos aquellos que se pueden maniobrar de manera automática (tales como, contactores, interruptores de estado sólido) y por elementos pasivos aquellos que no se pueden maniobrar (por ejemplo, resistencias, inductancias, capacidades).maneuvering elements for short-circuit the generator rotor consisting of a plurality of selected elements among active elements, passive elements and combination thereof. It is understood by active elements those that can be maneuvered so Automatic (such as contactors, solid state switches) and by passive elements those that cannot be maneuvered (by example, resistors, inductances, capacities).
Además de los elementos anteriores, en una realización preferida de la invención se incluyen medios convencionales para reducir el pico de corriente asociado al acoplamiento de un generador asíncrono (rotor cortocircuitado) como por ejemplo arrancadores suaves (soft starter).In addition to the above elements, in a preferred embodiment of the invention means are included conventional to reduce the peak current associated with coupling of an asynchronous generator (short-circuited rotor) as for example soft starters.
El método anteriormente descrito se puede ejecutar mediante elementos de maniobra tanto dependientes como independientes del convertidor. Se entiende por elementos dependientes del convertidor la electrónica de potencia y elementos de maniobra asociados a él. Se entiende por elementos independientes del convertidor la electrónica de potencia y elementos de maniobra no asociados a él.The method described above can be execute by means of maneuvering elements both dependent and converter independent. It is understood by elements converter electronics power electronics and elements of maneuver associated with it. It is understood by independent elements of the converter the power electronics and operating elements not associated with him.
El método también permite la posibilidad de controlar la resistencia rotórica cortocircuitando el rotor del generador mediante el cortocircuito franco o a través de otros elementos tales como resistencias, inductancias, condensadores, tiristores, IGBTs, diodos, o cualquier combinación de los elementos anteriores.The method also allows the possibility of control the rotor resistance by short-circuiting the rotor of the generator through free short circuit or through others elements such as resistors, inductances, capacitors, thyristors, IGBTs, diodes, or any combination of the elements previous.
Aquellos convertidores o componentes del convertidor no encargados del control del generador, siempre que se encuentren operativos, pueden ser utilizados para la generación de potencia reactiva.Those converters or components of the converter not responsible for generator control, provided they find operative, they can be used for the generation of reactive power.
A continuación para facilitar una mejor comprensión de esta memoria descriptiva y formando parte integrante de la misma, se acompañan una serie de figuras en las que con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado el objeto de la invención.Next to facilitate a better understanding of this descriptive report and being an integral part of the same, they accompany a series of figures in which with illustrative and non-limiting nature has been represented the object of the invention.
Figura 1.- Muestra un esquema general del sistema de acuerdo a una realización preferida de la invención.Figure 1.- Shows a general scheme of system according to a preferred embodiment of the invention.
Figura 2.- Muestra un esquema general del sistema de acuerdo a una realización preferida de la invención que incluye n convertidores de potencia.Figure 2.- Shows a general scheme of system according to a preferred embodiment of the invention which Includes n power converters.
Figura 3. - Muestra un esquema general del sistema funcionando en el modo de operación FC.Figure 3. - Shows a general scheme of system operating in FC mode of operation.
Figura 4. - Muestra un esquema general del sistema funcionando en el modo de operación DFIG.Figure 4. - Shows a general scheme of system operating in DFIG mode of operation.
Figura 5.- Muestra un esquema general del sistema funcionando en el modo de operación AS.Figure 5.- Shows a general scheme of system operating in the operating mode AS.
Figura 6.- Muestra un esquema general del sistema de acuerdo a una realización preferida de la invención donde parte de los convertidores de potencia se destinan al control del generador y otros convertidores, no encargados del control del generador, se destinan al control de potencia reactiva entregada directamente a la red.Figure 6.- Shows a general scheme of system according to a preferred embodiment of the invention where part of the power converters are used to control the generator and other converters, not responsible for controlling generator, are intended for the control of reactive power delivered directly to the network.
A continuación se realiza una descripción de la invención basada en las figuras anteriormente comentadas.Below is a description of the invention based on the figures discussed above.
El método de la invención comprende operar el sistema según un modo de operación seleccionado entre FC, DFIG y AS.The method of the invention comprises operating the system according to an operating mode selected from FC, DFIG and ACE.
El cambio del modo de operación se realiza cuando el sistema está desconectado de la red y sin generar potencia, mediante los diferentes elementos de maniobra y mediante la modificación del control del sistema eléctrico.The change of the operating mode is carried out when the system is disconnected from the network and without generating power, through the different maneuvering elements and through the modification of the control of the electrical system.
En el cambio a cualquiera de los tres modos de operación es necesario adaptar el funcionamiento de los diferentes subsistemas del aerogenerador como, por ejemplo, control de pitch, control de yaw, curva de potencia, control de convertidores de potencia, entre otros.In the switch to any of the three modes of operation is necessary to adapt the operation of the different wind turbine subsystems such as pitch control, yaw control, power curve, converter control power, among others.
A continuación se describen las diferentes formas de actuar según el caso particular representado en la figura 1 donde el sistema comprende dos convertidores de potencia (101) y (102) y un generador (110).The different are described below. ways of acting according to the particular case represented in the figure 1 where the system comprises two power converters (101) and (102) and a generator (110).
En el modo de operación FC (Figura 3), se representa la turbina eólica actuando como un sistema FC por lo que el elemento de maniobra 105 deberá estar cerrado cortocircuitando el rotor (113) del generador; el rotor está eléctricamente aislado mediante los elementos de maniobra 104 y 106 abiertos. Toda la potencia del generador se evacúa a través de los elementos de maniobra 109 y 107 conectados a los convertidores de potencia. Los convertidores de potencia están conectados a la red mediante los elementos 103 y 108 (cerrados). La conexión a la red se puede realizar directamente o a través de un transformador (114).In FC mode of operation (Figure 3), represents the wind turbine acting as an FC system so the operating element 105 must be closed by short-circuiting the generator rotor (113); the rotor is electrically isolated by means of the maneuvering elements 104 and 106 open. All the generator power is evacuated through the elements of maneuver 109 and 107 connected to the power converters. The Power converters are connected to the network through the elements 103 and 108 (closed). The network connection can be perform directly or through a transformer (114).
En caso de fallo de uno de los convertidores de potencia (101, 102), se pasa al modo de operación DFIG (Figura 4), para funcionar en el modo DFIG. A pesar de haber habido un fallo en el sistema, con este nuevo modo de operación se puede llegar a trabajar hasta al 100% de la potencia nominal.In case of failure of one of the converters power (101, 102), goes to DFIG mode of operation (Figure 4), to operate in DFIG mode. Despite having been a failure in the system, with this new mode of operation you can reach work up to 100% of the nominal power.
En caso de fallo del convertidor de potencia (101) y que no pueda ser utilizado para el control del generador, se procede al cambio de configuración del modo de operación FC al modo de operación DFIG. El proceso comienza por aislar el convertidor de potencia (101) o una parte del mismo (101a y/o 101b) en la que se ha producido un fallo abriendo los elementos de maniobra (109 y/o 103 y 104). Para funcionar como generador asíncrono doblemente alimentado se conecta el convertidor de potencia (102) al rotor (113) del generador (110), elemento de maniobra 107 abierto, elemento de maniobra 106 cerrado, y el elemento de maniobra 105 abierto para deshacer el cortocircuito del rotor del generador. Por último, para evacuar la potencia estatórica generada en el modo DFIG los elementos de maniobra (100 y 111) están cerrados. En el caso de que el convertidor de potencia (101) esté inhabilitado para el funcionamiento en el modo FC y alguno de sus componentes (101a o 101b) esté operativo, éste podrá ser utilizado para la generación de potencia reactiva. Se procede al cierre del elemento de maniobra (109) en caso de fallo de la parte 101b (estando el 101a operativo) o del cierre del elemento de maniobra (103) en caso de fallo de la parte (101a) (estando el 101b operativo).In case of power converter failure (101) and that cannot be used to control the generator, it proceed to change the configuration of the operating mode FC to the mode DFIG operation. The process begins by isolating the converter from power (101) or a part thereof (101a and / or 101b) in which it has been a fault occurred opening the operating elements (109 and / or 103 and 104). To function as a double-powered asynchronous generator the power converter (102) is connected to the rotor (113) of the generator (110), maneuver element 107 open, element of maneuver 106 closed, and maneuver element 105 open for undo the generator rotor short circuit. Finally for evacuate the static power generated in DFIG mode the Maneuvering elements (100 and 111) are closed. Supposing the power converter (101) is disabled for the operation in FC mode and some of its components (101st or 101b) is operational, it can be used to generate reactive power. The maneuver element is closed (109) in case of failure of part 101b (the 101st being operational) or of the closing of the maneuvering element (103) in case of failure of the part (101a) (the 101b being operational).
En caso de fallo del convertidor de potencia (101) y del convertidor de potencia (102), se procede al cambio de configuración del modo de operación DFIG al modo de operación AS (Figura 5). El proceso comienza por aislar los dos convertidores de potencia en fallo (101a y/o 101b) y (102a y/o 102b), con los elementos de maniobra (104 y 106) abiertos, y los elementos de maniobra necesarios para aislar la parte del convertidor en fallo (109, 103, 107 y 108). Para funcionar como generador asíncrono directamente conectado a la red, el rotor (113) del generador (110) se cortocircuita con el elemento de maniobra (105) cerrado. Por último, para evacuar la potencia estatórica generada, los elementos de maniobra (100 y 111) están cerrados. En este caso, en el que fallan todos los convertidores de potencia, el sistema puede seguir trabajando hasta al 100% de la potencia nominal del modo de funcionamiento AS. En el caso de que alguno de los componentes de los convertidores de potencia (101a, 101b, 102a, 102b) estén operativos, éstos podrán ser utilizados para la generación de potencia reactiva. Se procede, de forma similar al caso anterior, realizando la apertura de los elementos de maniobra de los componentes en fallo y el cierre de los elementos de maniobra correspondientes a los componentes que están operativos.In case of power converter failure (101) and of the power converter (102), the change of DFIG operating mode setting to AS operating mode (Figure 5). The process begins by isolating the two converters from power failure (101a and / or 101b) and (102a and / or 102b), with operating elements (104 and 106) open, and the elements of maneuver necessary to isolate the faulty part of the converter (109, 103, 107 and 108). To function as an asynchronous generator directly connected to the network, the rotor (113) of the generator (110) It is short-circuited with the maneuvering element (105) closed. By last, to evacuate the generated static power, the elements of maneuver (100 and 111) are closed. In this case, in which all power converters fail, the system can continue working up to 100% of the nominal power of the mode AS operation. In the event that any of the components of the power converters (101a, 101b, 102a, 102b) are operational, these may be used to generate reactive power. We proceed, similar to the previous case, performing the opening of the maneuver elements of the components in failure and the closing of the maneuvering elements corresponding to the components that are operational.
En otra realización preferida de la invención (Figura 2), se dispone de un sistema con "n" convertidores de potencia (en la Figura 6 se particulariza para n = 6 convertidores) que permite:In another preferred embodiment of the invention (Figure 2), there is a system with "n" converters power (in Figure 6 it is particularized for n = 6 converters) which enables:
1.- Seleccionar el modo de operación.1.- Select the mode of operation.
2.- Dentro del mismo modo de operación, en aquellas condiciones en las que la potencia extraíble es inferior a la potencia nominal, seleccionar los elementos que han de estar activos y no activos y la carga a la que trabajan.2.- Within the same mode of operation, in those conditions in which the removable power is less than the nominal power, select the elements to be active and non-active and the burden they work at.
3.- Dentro del mismo modo de operación, seleccionar los convertidores de potencia destinados al control del generador, y seleccionar los convertidores, o sus componentes, no encargados del control del generador, destinados a la generación de la potencia reactiva inyectada a la red directamente.3.- Within the same mode of operation, select the power converters for the control of the generator, and select the converters, or their components, not responsible for the control of the generator, destined to the generation of the reactive power injected directly into the network.
En la Figura 6 se presenta el caso particular del sistema funcionando en el modo de operación DFIG, en el que:The particular case is presented in Figure 6 of the system operating in DFIG operating mode, in which:
- --
- los convertidores (601, 602, 603 y 606b) funcionan correctamente,the converters (601, 602, 603 and 606b) work correctly,
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- los convertidores (604 y 605) presentan falta de operatividad parcial,the converters (604 and 605) have a lack of operability partial,
- --
- el convertidor (606a) funciona correctamente pero se encuentra desconectado.he converter (606a) works correctly but it is disconnected.
Claims (12)
- --
- detectar unas condiciones de salida del modo de operación actual,detect exit conditions of current mode of operation,
- --
- detectar unas condiciones de entrada a al menos un modo de operación distinto del modo de operación actual,detect entry conditions to at least one mode of operation other than the mode of operation current,
- --
- seleccionar el modo de operación distinto del modo de operación actual,select operation mode other than the current mode of operation,
- --
- funcionar en el modo de operación seleccionado, actuando sobre unos elementos de maniobra.operate in operating mode selected, acting on some maneuvering elements.
- --
- seleccionar los convertidores de potencia destinados al control del generador, yselect converters power destined to the control of the generator, and
- --
- seleccionar los convertidores de potencia, o sus componentes; que no están encargados del control del generador, y que están destinados a la generación de potencia reactiva que se inyecta directamente a la red.select converters power, or its components; who are not in charge of controlling generator, and they are intended for power generation reactive that is injected directly into the network.
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6628101B2 (en) * | 2001-04-20 | 2003-09-30 | General Electric Company | Electronic shorting of wound rotor windings |
| US20050200337A1 (en) * | 2004-01-24 | 2005-09-15 | Semikron Elektronik Gmbh | Power converter circuit and associated triggering method for generators with dynamically variable power output |
| US20070063677A1 (en) * | 2005-09-16 | 2007-03-22 | Satcon Technology Corporation | Slip-controlled, wound-rotor induction machine for wind turbine and other applications |
| US20080026973A1 (en) * | 2006-05-03 | 2008-01-31 | Nelson David C | Lubricating oil composition |
-
2008
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6628101B2 (en) * | 2001-04-20 | 2003-09-30 | General Electric Company | Electronic shorting of wound rotor windings |
| US20050200337A1 (en) * | 2004-01-24 | 2005-09-15 | Semikron Elektronik Gmbh | Power converter circuit and associated triggering method for generators with dynamically variable power output |
| US20070063677A1 (en) * | 2005-09-16 | 2007-03-22 | Satcon Technology Corporation | Slip-controlled, wound-rotor induction machine for wind turbine and other applications |
| US20080026973A1 (en) * | 2006-05-03 | 2008-01-31 | Nelson David C | Lubricating oil composition |
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