ES2365630T3

ES2365630T3 - Método y sistema de control del convertidor de una instalación de generación eléctrica conectada a una red eléctrica ante la presencia de huecos de tensión en dicha red.

Info

Publication number: ES2365630T3
Application number: ES06841180T
Authority: ES
Inventors: Jesus Lopez Taberna; Luis Maria Marroyo Palomo; Pablo Sanchis Gurpide; Eugenio Gubia Villabona
Original assignee: Universidad Publica de Navarra
Current assignee: Universidad Publica de Navarra
Priority date: 2005-12-30
Filing date: 2006-12-27
Publication date: 2011-10-07
Anticipated expiration: 2026-12-27
Also published as: ES2291103B1; ES2291103A1; CN101351958B; PT1974462E; CN101351958A; WO2007077001A2; CA2640798A1; ATE515102T1; AU2006332119B2; AU2006332119A1; JP2009523003A; US20090008944A1; EP1974462A2; WO2007077001A3; US7960849B2; EP1974462B1; JP5207985B2; CA2640798C

Abstract

Método de control del convertidor (22) de una instalación de generación eléctrica del tipo que comprenden al menos un generador (1) eléctrico, tal como un generador eólico, conectado a una red (8) eléctrica, ante la presencia de huecos de tensión en dicha red, siendo el generador eléctrico un generador asíncrono (11) de doble alimentación formado por dos devanados, un devanado en el estator, conectado directamente a la red, y un devanado en el rotor (13) que está alimentado en régimen normal, de forma controlada, mediante dicho convertidor (22) que impone en dicho devanado del rotor (13) una corriente de tensión predeterminada denominada corriente de consigna (4b); caracterizado porque, en caso de producirse un hueco de tensión, el convertidor (22) impone en dicho devanado del rotor (13) una nueva corriente de consigna (4b') que es el resultado de añadir a la corriente de consigna anterior (4b) un nuevo término, denominado corriente desmagnetizante (4c), que genera un flujo en el devanado del rotor (13) opuesto al flujo libre, siendo el flujo libre (Ψuel que no está provocado por la componente directa de la tensión del estator, reduciéndose por consiguiente la tensión en bornes del convertidor.

Description

Sector de la invención

[0001] La invención se refiere a un método y a un sistema para el control del convertidor de una instalación eléctrica, del tipo que comprenden un generador eólico, del tipo asíncrono doblemente alimentado, conectado a una red eléctrica cuando se produce un hueco de tensión en dicha red.

[0002] En US2005/0116476 se divulgan un método con las características del preámbulo de la reivindicación 1 y un sistema con las características del preámbulo de la reivindicación 3.

Estado anterior de la técnica

[0003] La energía eólica está en constante crecimiento y está considerada, entre las energías renovables, como la mayor candidata a ser una alternativa real a las fuentes de energía convencional, como son aquellas derivadas de los combustibles fósiles como el petróleo, el gas o el carbón, y que son más contaminantes.

[0004] El aumento del número de instalaciones eólicas, y en consecuencia el número de aerogeneradores, conectados a la red eléctrica, provoca problemas de integración que ralentizan dicho crecimiento. De entre estos problemas, el más importante está relacionado con el comportamiento que tienen los aerogeneradores frente a los cambios bruscos de tensión en la red, los denominados huecos de tensión.

[0005] Los aerogeneradores eólicos más utilizados en la actualidad son los generadores de velocidad variable, con los que se ha conseguido disminuir los esfuerzos mecánicos a consecuencia de ráfagas de viento, que la electricidad generada tenga menos fluctuaciones y que el aprovechamiento energético sea mayor.

[0006] En concreto, dentro de este tipo de generadores eléctricos existentes, síncronos o asíncronos, para obtener una velocidad variable, se está apostando por el segundo debido a que los generadores síncronos tienen diferentes inconvenientes. Uno de los inconvenientes de los generadores síncronos es que toda la energía generada, previamente a su suministro a la red eléctrica, debe ser convertida mediante convertidores electrónicos. Por lo tanto, dichos convertidores deben ser dimensionados para soportar toda la potencia del aerogenerador, resultando caros y voluminosos. Además, las pérdidas de energía de estos generadores síncronos ocasionan la disminución del rendimiento total del aerogenerador. Por contra, con el generador asíncrono se mejoran dichos inconvenientes.

[0007] El generador asíncrono más utilizado es el generador asíncrono de doble alimentación en el que el devanado del estator se conecta directamente a la red mientras que el devanado del rotor se conecta a la red a través de un convertidor que permite controlar tanto la energía activa como la reactiva del generador eléctrico. Debido a que la potencia que pasa por el rotor es sólo una pequeña fracción de la del estator, los convertidores son menores en coste y tamaño, y generan menos pérdidas.

[0008] Aunque con los generadores asíncronos doblemente alimentados se mejoran muchas de las prestaciones de los generadores eólicos, se reduce la robustez de la instalación de generación de energía eléctrica debido a que dichos generadores asíncronos doblemente alimentados son muy sensibles a las faltas que puedan darse en la red eléctrica, como los huecos de tensión. En particular, el convertidor de potencia que está conectado al rotor del generador es una parte muy vulnerable del sistema debido a que cuando ocurre un hueco de tensión en uno o varias líneas, la corriente que aparece en el convertidor puede alcanzar valores muy altos y puede incluso destruirlo.

[0009] Esta corriente elevada se produce durante los huecos de tensión y es debida a la desmagnetización del generador hasta que éste alcanza el nuevo estado de magnetización correspondiente a la tensión existente durante dicho hueco de tensión. Esta situación transitoria que se produce en el generador durante los huecos de tensión genera una sobretensión, con la consiguiente sobrecorriente, que genera un flujo en el rotor, denominado en adelante flujo libre.

[0010] En condiciones normales la desmagnetización del generador se realiza en la propia resistencia del estator, donde la energía magnética se transforma en calor. De esta forma, la duración del transitorio queda ligada a la constante de tiempo natural del estator que, habitualmente, es del orden de uno o varios segundos, tiempo suficiente para dañar e incluso llegar a destruir el convertidor en caso de hueco de tensión.

[0011] La solución habitual para evitar que se vea afectado el convertidor del generador por estas corrientes elevadas que surgen en los huecos de tensión consiste en acelerar dicho proceso de desmagnetización y proteger al convertidor de las sobretensiones y sobrecorrientes asociadas inducidas por dicho flujo libre.

imagen1

[0012] Para acelerar este proceso se pueden conectar resistencias, fijas o variables, en el estator o en el rotor y en serie o en paralelo que reducen el tiempo de desmagnetización, o bien, de un modo alternativo, se actúa con el propio convertidor.

[0013] La técnica más extendida, denominada crowbar, se basa en la utilización de resistencias de muy bajo valor, incluso llegándose al cortocircuito, que se conectan, utilizando un puente de tiristores, en paralelo con el rotor en caso de detectar sobrecorrientes en el estator o en el rotor o sobretensión en el rotor o en el bus de continua. Sin embargo, esta técnica comporta distintos inconvenientes, como que al ser las resistencias utilizadas de valores tan bajos, por un lado, el tiempo de desmagnetización sigue siendo importante y, por otro, si el generador sigue conectado a la red eléctrica se generan sobrecorrientes en el generador, con lo que para evitar estas sobrecorrientes se desconecta el generador de la red y no se vuelve a conectar hasta que la tensión vuelve a su valor nominal. De esta forma, con esta técnica se protege al convertidor pero se produce la desconexión del generador de la red, aunque sea por un corto periodo de tiempo.

[0014] Un ejemplo de aplicación de esta técnica es el sistema descrito en el documento W0200403019, que propone incluir un interruptor electrónico entre el devanado del estator y la red eléctrica a la cual está conectado, y un elemento de desmagnetización conectado en paralelo bien con el estator o bien con el rotor. Dicho elemento desmagnetizante es una resistencia variable. En este sistema, en caso de detectarse una variación brusca de la tensión de la red, se desconecta el generador de la red eléctrica y se conecta el elemento de desmagnetización. Este elemento se controla de forma que se iguale la tensión en bornes del generador, lo que se conoce como estado de magnetización del generador, con la nueva tensión de la red. Con este control se fija el flujo del estator en un corto periodo de tiempo a un valor de flujo que corresponde al voltaje real de la red, de modo que exista una coincidencia del valor de flujo y de su fase entre el voltaje inducido del estator y el voltaje de la red antes de que se vuelva a conectar el generador a la red. Siendo así, una vez se han igualado estas dos tensiones se vuelve a conectar el generador a la red y se desconecta el elemento de desmagnetización. Este ejemplo además de requerir la desconexión del generador de la red provocaría la continua conexión y desconexión de la unidad de desmagnetización en caso de huecos de tensión monofásicos y/o bifásicos.

[0015] De acuerdo con el estado de la técnica, es un objeto de la presente invención dotar a las instalaciones de generación de energía eléctrica a partir de la energía eólica conocidas de una solución alternativa al crowbar para controlar su comportamiento en caso de huecos de tensión. La solución alternativa debe garantizar que el generador eólico que comprende la instalación no se desconecte de la red eléctrica a la que está conectado, superando los inconvenientes que se derivan de desconectarlo y conectarlo de la red en caso de huecos de tensión.

[0016] En particular, es un objeto de la presente invención que el convertidor de la instalación de generación eléctrica sea capaz de soportar las situaciones ocasionales de huecos de tensión sin que este sea dañado y sin necesidad de hacer uso de la desconexión del mismo.

Exposición de la invención

[0017] El método de control del convertidor de una instalación de generación eléctrica ante la presencia de huecos de tensión objeto de la invención, que supera los inconvenientes antes citados, aplicable a instalaciones que comprenden al menos un generador eléctrico, tal como un generador eólico, conectado a una red eléctrica, siendo el generador eléctrico un generador asíncrono de doble alimentación formado por dos devanados, un devanado en el estator, conectado directamente a la red, y un devanado en el rotor que está alimentado en régimen normal, de forma controlada, mediante dicho convertidor que le impone una corriente de tensión predeterminada denominada corriente de consigna.

[0018] En esencia, el método se caracteriza porque, en caso de producirse un hueco de tensión, el convertidor impone una nueva corriente de consigna que es el resultado de añadirle a la corriente de consigna anterior un nuevo término, denominado corriente desmagnetizante, el cual genera un flujo en el devanado del rotor opuesto al flujo libre, siendo el flujo libre ψsl aquel que no está provocado por la componente directa de la tensión del estator, reduciéndose por consiguiente la tensión en bornes del convertidor.

[0019] Según otra característica de la invención, la corriente desmagnetizante es proporcional al valor del flujo libre ψsl del estator del generador, estimado como la diferencia entre el valor del flujo magnético en el estator del generador ψs y el valor del flujo del estator asociado a la componente directa de la tensión del estator, denominado flujo forzado ψsf.

[0020] Con el objeto de aportar una solución a los problemas planteados, se da a conocer también un sistema para la realización del método según la invención que comprende al menos un generador asíncrono de doble alimentación conectado a una red eléctrica, en el que el devanado del rotor está alimentado en régimen normal, de forma controlada, mediante un convertidor que, gobernado por una unidad de control, impone una corriente de tensión predeterminada denominada corriente de consigna.

imagen2

[0021] En esencia, el sistema se caracteriza porque la unidad de control comprende un módulo auxiliar que incorpora una primera unidad para la estimación del valor del flujo del estator; una segunda unidad para la estimación del flujo del estator asociado a la componente directa de la tensión del estator, denominado flujo forzado, en caso de producirse un hueco de tensión en la red; una tercera unidad, que calcula la diferencia entre los valores del flujo del estator y del flujo forzado previamente estimados; una cuarta unidad, multiplicadora, que multiplica el valor de la diferencia antes calculada por un factor K2 para la obtención del valor de la corriente desmagnetizan te; y una quinta unidad, para la suma del valor de la corriente de consigna anterior y del valor de la corriente desmagnetizante previamente calculado.

[0022] Según otra característica de la invención, el factor K2 es menor que 1.

Descripción de los dibujos

[0023] En los dibujos adjuntos se ilustra, a título de ejemplo no limitativo, una realización preferente del sistema y

método objetos de la invención. En dichos dibujos:

La Fig. 1, es una representación esquemática del control de una instalación de generación eléctrica

convencional;

la Fig. 2, es un diagrama de bloques de un sistema para llevar a cabo el método según la invención;

las Figs. 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f y 3g son respectivos gráficos de la evolución de las principales variables

eléctricas que se dan en el generador eólico del ejemplo, según el estado actual de la técnica, en caso de

producirse un hueco de tensión trifásico;

las Figs. 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f y 4g son respectivos gráficos de la evolución de las principales variables

producirse un hueco de tensión bifásico;

las Figs. 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5fy 5g son respectivos gráficos de la evolución de las principales variables

eléctricas que se dan en el generador eólico del ejemplo, de aplicar el método de control según la

invención, en caso de producirse un hueco de tensión trifásico; y

las Figs. 6a, 6b, 6c, 6d, 6e, 6f y 6g son respectivos gráficos de la evolución de las principales variables

invención, en caso de producirse un hueco de tensión bifásico.

Exposición detallada de los dibujos

[0024] La gran mayoría de los generadores eólicos conectados a una red eléctrica están comprendidos por un generador asíncrono 11 doblemente alimentado. Dichos generadores contienen dos devanados, un devanado en el estator, conectado directamente a la red 8, y un devanado en el rotor 13 provisto de un convertidor 22 que en régimen normal alimenta al generador 1, de forma controlada, con corrientes que permiten regular tanto la energía activa como la reactiva del generador 1.

[0025] Tal y como se representa esquemáticamente en la Fig. 1, convencionalmente el control del convertidor 22 se lleva a cabo mediante una unidad de control 7 que impone una corriente de rotor deseada, o corriente de consigna 4b, al devanado del rotor 13 (ver Fig. 2), a partir de unas potencias activa P* y reactivas Q* deseadas.

[0026] Dicha unidad de control 7 comprende además lo que se conoce como un lazo de control, en concreto, un lazo de corriente que compara continuamente la corriente de consigna 4b con la corriente real 4a con objeto de hacer que el regulador de corriente aplique la tensión precisa Vr al convertidor 22 para anular la diferencia entre ambas corrientes.

[0027] En el caso que nos ocupa, y de acuerdo con el método de la invención representado esquemáticamente en la Fig. 2, en caso de producirse un hueco de tensión, a la corriente de consigna 4b, calculada para conseguir las potencias activa y reactiva deseadas, denominada también corriente de consigna de potencias, se le añade un término destinado a reducir la tensión en bornes del convertidor 22. A este nuevo término se le denominará en adelante corriente desmagnetizante 4c.

[0028] En concreto, tal y como se muestra en el ejemplo de dicha Fig. 2, el valor de la corriente de rotor que impone el convertidor 22, en caso de producirse un hueco de tensión, es el resultado de añadir a la corriente de consigna 4b una corriente desmagnetizante 4c en fase con el denominado flujo libre ψsl siendo el flujo libre ψsl aquel que existe en el generador asíncrono 11 y no está provocado por la componente directa de la tensión del estator. La corriente desmagnetizante 4c así calculada genera un flujo en el devanado del rotor 13 opuesto a dicho flujo libre ψsl reduciéndose por consiguiente la tensión en bornes del convertidor 22.

[0029] Durante la situación de hueco de tensión en la red 8, el lazo de corriente compara la corriente real 4a con la nueva corriente de consigna 4b', la cual comprende la corriente desmagnetizante 4c que está en fase con el flujo libre ψsl. Esta corriente desmagnetizante 4c permite hacer caer toda o gran parte de la tensión en la inductancia transitoria del rotor del generador asíncrono 11, reduciéndose la tensión que ve el convertidor 22, de modo que no se supera la tensión máxima de dicho convertidor 22.

imagen3

[0030] El esquema representado en la misma Fig.2, muestra una variante de implementación para la realización del método antes descrito que comprende, en la unidad de control 7, un módulo auxiliar 70 provisto de:

5 -una primera unidad 71 para la estimación del valor del flujo del estator ψs;

-una segunda unidad 72 para la estimación del flujo del estator asociado a la componente directa de la tensión del estator, denominado flujo forzado ψsf;

- una tercera unidad 73, que calcula la diferencia entre los valores del flujo del estator (ψs) y del flujo forzado (ψsf) previamente estimados en la primera y segunda unidades respectivamente;

10 -una cuarta unidad, multiplicadora, que multiplica el valor de la diferencia antes calculada por un factor K2 para la obtención de la corriente desmagnetizante 4c; y

-una quinta unidad, para la suma del valor de la corriente de consigna y del valor de la corriente desmagnetizante previamente calculado.

15 [0031] Por lo que respecta a los valores de dicho flujo total ψs y del flujo forzado ψsf, el primero se puede obtener por medios bien conocidos en el arte de la técnica, a partir de la corriente en el estator y en el rotor, mientras que el módulo del segundo, el del flujo forzado, que es el asociado a la componente directa de la tensión del estator, se puede estimar para el caso de huecos de tensión trifásicos a partir de la siguiente expresión:

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20

en donde is es la corriente del estator; Ws es la frecuencia de la tensión de la red; Rs es la resistencia estatórica; Vs es la tensión del estator; y ψsf es dicho flujo forzado.

25 [0032] En caso de huecos de tensión asimétricos (monofásicos y bifásicos) la tensión de la red 8 contiene una componente inversa que hace aparecer en el estator del generador 1 un flujo asociado a dicha componente. Para reducir la tensión en bornes del convertidor 22 es necesario entonces que la corriente desmagnetizante 4c se oponga también a dicho flujo. En estas circunstancias, la expresión presentada anteriormente para la unidad 72 ya no es válida, ya que no tiene en cuenta la componente inversa de la tensión de la red. Una opción posible es separar

30 las dos componentes, directa e inversa, que componen la tensión de la red, utilizando técnicas de filtrado que son bien conocidas en la técnica.

[0033] En relación a la tercera unidad 73, ésta comprende un comparador que es el encargado de elaborar la diferencia entre los valores del flujo del estator y el flujo forzado estimados previamente en la primera y la segunda 35 unidades 71 y 72, respectivamente. El resultado de esta diferencia proporciona el valor de dicho flujo libre ψsl del estator del generador 1, que posteriormente se multiplica por una constante K1 (Lm/Ls, donde Lm es la inductancia mutua del generador 1 y Ls es la inductancia del estator del generador 1) para obtener el valor del flujo libre del rotor del generador. El valor obtenido se multiplica en la cuarta unidad 74 por una constante K2, provista a tal efecto de un multiplicador. El valor resultante es el de la corriente desmagnetizante 4c, el cual es proporcional al flujo libre pero 40 con signo cambiado, que añadido a la corriente de consigna 4b determina el valor de la corriente desmagnetizante 4c. Esta corriente desmagnetizante 4c está adelantada 90° a la tensión inducida por dicho flujo libre del generador 1. La componente asociada a la corriente desmagnetizante 4c que circula por el rotor 13 induce un flujo adicional en el rotor 13 opuesto al citado flujo libre, con lo que se reduce la tensión inducida en bornes del convertidor 22. Introduciendo el valor adecuado de la corriente desmagnetizante 4c es posible evitar superar la tensión máxima

45 admisible del convertidor. Siendo así, el convertidor 22 queda protegido, no siendo necesaria su desactivación y, por consiguiente, la desconexión del generador 1 de la red 8.

Ejemplo de aplicación

50 [0034] Como ejemplo de aplicación se describe a continuación el comportamiento de un generador 1 eólico de 1,5 MW en el caso de que se utilice un crowbar con resistencias variables, una de las técnicas habituales en el estado de la técnica, y en el caso de que se utilice la técnica propuesta en la invención. Se analiza el comportamiento del generador para los tipos de huecos de tensión más comunes en las redes eléctricas: huecos trifásicos y huecos bifásicos, debidos al cortocircuito de dos de las fases de la red. Dicho generador 1, consta de un generador

55 asíncrono 11 de rotor bobinado con las siguientes características: En todos los casos descritos a continuación el convertidor 22 del circuito de rectificación y conversión de dicha instalación de generación eléctrica trabaja con una tensión de bus de continua de 1.200 V.

Potencia nominal: 1.5 MW

Tensión nominal del estator: 12 kV

Corriente nominal del estator: 67 A

Tensión nominal del rotor: 358 V (20% de deslizamiento)

Corriente nominal del rotor: 454 A

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Inductancia magnetizante: 0,9 H

Inductancia del estator: 0.95 H

Inductancia transitoria del rotor, σ-Lr, referida al estator: 0.09 mH

5 Protección mediante un crowbar con resistencias variables:

[0035] En el caso de un hueco de tensión, cuando la corriente del rotor o la tensión del bus DC superen un determinado nivel (que en el caso del ejemplo es de 1.130 A o 1.300 V respectivamente), el crowbar se activará cortocircuitando el rotor 13 mediante una resistencia variable en el tiempo.

10 [0036] En las Figs. 3a a 3g se representa la evolución de las variables en caso de un hueco de tensión trifásico del 80%. En la Fig. 6a, se representa el valor eficaz de la tensión de la red 8, apreciándose la aparición del hueco de tensión en el instante t=0,25s. A continuación, en las Fig. 3b, 3c y 3d se muestra la evolución del valor eficaz de la corriente en el estator, en el rotor y en el convertidor 22 respectivamente. En el momento en el que se produce el

15 hueco de tensión, las tres corrientes comienzan a crecer rápidamente. Cuando la corriente del rotor supera el valor prefijado, la unidad de control 7 activa el crowbar y la corriente del rotor comienza entonces a circular por el crowbar. Generalmente mientras el crowbar está activo se desactiva el convertidor y su corriente se anula, tal como se observa en la Fig. 3d, quedando de esta manera protegido el convertidor de las sobrecorrientes de hasta 3.500 A que se dan en el rotor. En la Fig. 3e se puede apreciar el valor de la resistencia impuesta por el crowbar.

20 Convencionalmente, se suele hacer seguir al crowbar un perfil de resistencia pre-programado de una duración en torno a unos 100 ms. Una vez pasado este tiempo, el crowbar se desactiva, deja de conducir, y la corriente del rotor vuelve a circular entonces por el convertidor que se activa de nuevo. Por otro lado, en las Fig. 3f se muestra la evolución de la tensión del bus DC del convertidor y en la Fig. 3g se aprecia la evolución del par del generador 1, donde se observa que en el momento en el que el crowbar se activa, se produce un pico en el par (golpe de par)

25 superior a 2,5 veces el par nominal del generador 1.

[0037] En las Figs. 4a a 4g, se representa la evolución de distintas variables eléctricas en caso de un hueco de tensión bifásico del 80% de profundidad. En este caso, además de aparecer sobrecorrientes y golpes de par similares al caso anteriormente descrito, en la Fig. 4g se puede apreciar claramente como a diferencia del caso

30 anterior, en el que el crowbar se activaba una sola vez, dicho crowbar debe estar conectándose y desconectándose sucesivamente durante todo el hueco de tensión para proteger al convertidor del circuito 2 de rectificación y conversión. Esto implica que el convertidor estará desactivado durante todo el hueco de tensión perdiéndose el control del generador 1. Este comportamiento, tal y como se describía en los antecedentes de la presente invención, no es el deseado para la estabilidad de la red 8.

35

Protección mediante la introducción de una corriente desmagnetizan te 4c:

[0038] En este caso, el generador 1 está haciendo circular por el rotor una corriente 4b' que incluye una componente asociada a la corriente desmagnetizante 4c introducida para reducir el flujo del generador 1 y, de esta forma, reducir

40 la tensión que aparece en bornes del convertidor del circuito de rectificación y conversión. La corriente desmagnetizante 4c es calculada siguiendo el método mostrado en la Fig. 2, en la que primeramente se calcula el flujo total del estator ψs y posteriormente o simultáneamente se calcula el flujo forzado ψsf a través de la tensión y de la corriente en el estator utilizando la siguiente expresión:

imagen4

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[0039] Esta expresión permite a la técnica de protección trabajar tanto con huecos de tensión trifásicos como con huecos asimétricos. Introduciendo el valor del flujo forzado así calculado en la unidad 72 de sustracción se obtiene la suma del flujo libre y del doble del flujo asociado a la componente inversa de la tensión. El resultado es entonces

50 multiplicado por la constante K1=Lm/Ls, en el ejemplo igual a 0,94, para obtener el valor del flujo del rotor. Finalmente la corriente desmagnetizante 4c se obtiene multiplicando este último flujo por un factor K2 igual a 0,5, calculado para compensar todo el flujo inverso y la mitad del flujo libre.

[0040] En las Figs. 5a a 5g, se muestra la evolución de las distintas variables eléctricas del generador 1 en el caso

55 de producirse un hueco de tensión trifásico del 80%. En la Fig. 5a, se representa el valor eficaz de la tensión de la red 8 eléctrica. En el instante t=0,25s se produce el hueco de tensión trifásico que hace caer la tensión a un 20% de su valor nominal. Las figuras Fig. 5b y 5c muestran la evolución del valor eficaz de la corriente en el estator y en el rotor (que en este caso es la misma que en el convertidor), respectivamente. Al igual que en las figuras descritas en el caso anterior, en el momento en el que aparece el hueco de tensión las corrientes comienzan a crecer

60 rápidamente.

imagen6

[0041] En las Figs. 5d y 5e se observan la corriente de consigna 4b y la corriente desmagnetizante 4c que sumadas, dan la nueva corriente de consigna 4b' que se hace circular por el rotor del generador 1. Las corrientes se muestran descompuestas en los ejes d y q. La corriente de consigna se anula momentáneamente para facilitar el control del

5 generador 1. Puede observarse como la frecuencia de la corriente desmagnetizante es aproximadamente de 50 Hz. Esto es debido a que dicha corriente es proporcional al flujo libre que, en caso de hueco de tensión trifásico, es visto por el rotor como un flujo giratorio a la velocidad de rotación del rotor, 60 Hz en el caso de la figura.

[0042] La evolución de la tensión en el bus DC del convertidor se muestra en la Fig. 5f. En la Fig. 5g, se aprecia 10 cómo el pico en el par (golpe de par) que se da en los primeros instantes del hueco de tensión es bastante inferior al que se obtiene utilizando un crowbar, en este caso, a 1,5 veces el par nominal.

[0043] Las Figs. 6a a 6g, son similares a las figuras anteriormente descritas salvo que corresponden a un hueco bifásico con una profundidad del 80%. Puede apreciarse como la solución basada en la invención, al contrario que 15 en el caso de utilizar un crowbar, funciona también con huecos bifásicos, manteniendo las corrientes y las tensiones a valores que no suponen ningún peligro para los distintos componentes del sistema. Es igualmente destacable que la frecuencia de la corriente desmagnetizante 4c que se hace circular por el rotor 13 del generador, mostrada en la Fig. 6e, es mayor en el caso del hueco bifásico que en el trifásico. La razón es que en los huecos de tensión asimétricos (monofásicos o bifásicos) aparece un flujo inverso que es visto por el rotor 13 como un flujo giratorio a

20 una frecuencia igual a la suma de la frecuencia de rotación del rotor 13 y de la frecuencia de la red 8 eléctrica, en el caso del ejemplo 110Hz = 60 Hz + 50 Hz.

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Claims

REIVINDICACIONES

1.- Método de control del convertidor (22) de una instalación de generación eléctrica del tipo que comprenden al menos un generador (1) eléctrico, tal como un generador eólico, conectado a una red (8) eléctrica, ante la presencia de huecos de tensión en dicha red, siendo el generador eléctrico un generador asíncrono (11) de doble alimentación formado por dos devanados, un devanado en el estator, conectado directamente a la red, y un devanado en el rotor

(13)

que está alimentado en régimen normal, de forma controlada, mediante dicho convertidor (22) que impone en dicho devanado del rotor (13) una corriente de tensión predeterminada denominada corriente de consigna (4b); caracterizado porque, en caso de producirse un hueco de tensión, el convertidor (22) impone en dicho devanado del rotor (13) una nueva corriente de consigna (4b') que es el resultado de añadir a la corriente de consigna anterior (4b) un nuevo término, denominado corriente desmagnetizante (4c), que genera un flujo en el devanado del rotor

(13)

opuesto al flujo libre, siendo el flujo libre (ψsl) aquel que no está provocado por la componente directa de la tensión del estator, reduciéndose por consiguiente la tensión en bornes del convertidor.
2.- Método según la reivindicación anterior, caracterizado porque la corriente desmagnetizante (4c) es proporcional al valor del flujo libre (ψsl), del estator del generador, estimado como la diferencia entre el valor del flujo magnético en el estator del generador (ψs) y el valor del flujo del estator asociado a la componente directa de la tensión del estator, denominado flujo forzado (ψsl).
3.-. Sistema para la realización del método según la reivindicación 1, particularmente aplicable a una instalación de generación eléctrica del tipo que comprende al menos un generador (11) asíncrono de doble alimentación conectado a una red (8) eléctrica, en donde el devanado del rotor (13) está alimentado en régimen normal, de forma controlada, mediante un convertidor (22) que, gobernado por una unidad de control (7), impone una corriente de tensión predeterminada denominada corriente de consigna (4b), caracterizado porque la unidad de control comprende un módulo auxiliar (70) que incorpora una primera unidad

(71) para la estimación del valor del flujo del estator (ψs); una segunda unidad (72) para la estimación del flujo del estator asociado a la componente directa de la tensión del estator, denominado flujo forzado (ψsf), en caso de producirse un hueco de tensión en la red (8); una tercera unidad (73), que calcula la diferencia entre los valores del flujo del estator (ψs) y del flujo forzado (ψsf) previamente estimados; una cuarta unidad (74), multiplicadora, que multiplica el valor de la diferencia antes calculada por un factor K2 para la obtención del valor de la corriente desmagnetizante (4c); y una quinta unidad (75), para la suma (4b’) del valor de la corriente de consigna (4b) anterior y del valor de la corriente desmagnetizante (4c) previamente calculado.
4.- Sistema según la reivindicación anterior, caracterizado porque K2 es menor que 1.