ES2407593B1 - Sistema para turbinas eolicas con un transformador en el lado del generador - Google Patents

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Abstract

Arquitectura de un sistema para un generador de turbina eólica que comprende un generador conectado a una turbina eólica, un convertidor de frecuencia que está conectado a una red, y un transformador del lado del generador que está conectado entre dicho generador y dicho convertidor de frecuencia. El generador es preferiblemente un generador de media tensión, el transformador del lado del generador es un transformador de media a baja tensión y el convertidor de frecuencia es un convertidor de baja tensión. El transformador del lado del generador está ventajosamente situado en el interior de la torre de un generador de turbina eólica.

Description

Sistema para turbinas eólicas con un transformador en el lado del qenerador
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a una topología o arquitectura de un sistema para un generador de turbina eólica que tiene un transformador en el lado del generador . En particular, dicho transformador funciona de media a baja tensión y está colocado fuera de la góndola en una plataforma en el interi or de la torre del generador eólico.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Los actuales generadores de turbinas eólicas tienen la mayoría de su equipo eléctrico en el i n terior de la góndola de la turbina eólica . La propia góndola está colocada en la parte superior de la torre y aloja, entre otros , las aspas eólicas y las aspas de la turbina eólica . Por motivos de mantenimiento, tener el equi po eléctrico en
la góndola no es conveniente, ya q ue el acceso por parte de un operario puede hacerse difícil . Además , un exceso de peso es un inconveniente. La publicación "pes 600 for large wind turbines Medium voltage, full power converters up to 9 MVA" de ABB 2011,
referencia 3BHS351271 EOl trata dicho problema colocando un convertidor de frecuenci a en una plataforma en la base de la torre . Es un objeto de 1 a presente invención proporciona r. una topologí a de sistema para una turbina eól ica donde el equipo eléct rico se pueda colocar fuera de la góndola, mientras todavía se consigue un aislamiento galvánico y buenas características de supresión de harmónicos.
Es otro objeto de la presente invención proporcionar una disposición e l éctrica para la generación de alta energía, entre 6 MW y 16 MW , especialmente a 9 MW . Es otro objeto de la presente invención proporcionar un
5 intervalo de parámetros para un convertidor de frecuencia en el contexto de las turbinas eólicas de manera que su vida aumente y sus parámetros operativos se optimizan. Es otro objeto de la presente invención reducir la tensión eléctrica que el gener ador debe soportar y, en
10 consecuencia, también aument ar la vida total del sistema . Es otro objeto de la presente invención proporcionar una disposición que pueda aumentar la distancia entre el generador en la góndola y el equipo eléctrico para poder compartir dicho equipo entre dos o más torres de turbinas
15 eólicas .
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La arquitectura de sistema para un generador de t urbina
20 eólica según l a presente invención tiene un generador conectado a una t urbina eólica , un convertidor de frecuencia que está conectado a una red, y un transformador en el lado del generador que está conectado entre dicho generador y dicho convertidor de frecuencia .
25 Preferiblemente, el generador es un generador de media tensión, el transformador del lado del generador es un transformador de media a baja tensión y el convertidor de frecuencia es un convertidor de baja tensión . Además , el transformador del lado de la red puede tener una entrada
30 conectada al convertidor de frecuencia y una salida conectada a la red. Además , el ge nerador puede estar colocado en el interior de una góndola de dicho generador de turbina eólica, y el transformador del lado del generador se puede situar
35 dentro de la torre de un generador de turbina eólica .
En una realización prefer ida, el transformador del lado del generador está situado en una plataforma s i tuada a una altura predeterminada en el interior de la torre de la turbina eólica . El convertidor de frecuencia está colocado en dicha plataforma cerca de dicho transformador del lado del generador y el transformador del lado de la red está colocado cerca de dicho convertidor de frecuencia . Ventajosamente, el transformador del lado del generador tiene dos o más módulos y se pueden coloca r como una configuración de estrella en forma de delta. Las restricciones de r eparación y reemplazo del transformador
también necesitan tener en consideración el tamaño de la puerta de la torre . Preferiblemente, el transformador del lado del generador tiene una tensión de entrada de tensión media que varia entre 6 Kv y 10 Kv en frecuencias que varían entre 50 Hz y 60 Hz . Un valor preferido del transformador d el lado del generador (5) tiene una salida de baja tensión que tiene un valor de 690 v a 60 Hz . Una real ización preferida del transformador del lado del generador tiene una entrada de tensión media que tiene un valor de 6 Kv a 60 Hz . Realizaciones ventajosas incluyen realizaciones en las que el generador tiene tres módulos , teniendo cada uno tres fases , y el transformador d e l lado del generador también
tiene
tres módulos, teniendo cada uno tres fases , en el
que
cada módul o está fijado a un módulo desde dicho
generador .
Alt ernativamente,
el convertidor de frecuencia tiene
cuatro unidades de conversión de potencia agrupadas en tres módulos convertidores, cada uno teniendo tres fases , y fijado a un módulo del transformador del lado del generador . Finalmente, el transformador del lado de la r ed tiene tres módulos , cada uno fijado a un módulo convertidor de fre cuencia. En una realización preferida,
los módulos del transformador en el lado del generador son los mismos que los del lado del transformador.
FIGURAS
5 La figura 1 muestra una vista esquemática de un generador de turbina eólica y una torre según una realización de la presente invención. La figura 2 muestra una realización con un sistema
la eléctrico para un generador de 9 MW a 50 Hz . La figura 3 muestra una sección transversal de la torre de la turbina eólica a la altura de una plataforma que contiene el transformador de media o baja tensión .
15 DESCRIPCIÓN DE LAS REALIZACIONES PREFERIDAS
La figura 1 muestra un generador de turbina eólica que tiene un generador de media tensión, en particular generador sincrónico ( 11 que está situado en el interior 20 de la góndola (101 de una turbina eólica . La representación eléctrica de dicho generador se muestra como tres unidades, cada una teniendo tres generadores de fase de corriente alterna con un neutro conectado a tierra en un sistema de conexión a tierra (2) . Un cableado 25 adecuado y un dispositivo conmutador están instalados en el interior de la plataforma de la torre (11) . Una serie de plataformas, típicamente tres, están instaladas en diferentes alturas de la propia torre . Dichas plataformas tienen los convertidores (6) Y los transformadores del
30 lado del generador (51 de acuerdo con la presente invención. El transformador del lado del generador preferiblemente recude la media tensión a baja tensión, y esto permite que los convertidores de tensión (6) trabajen a una baja tensión .
Un transformador del lado de la red de tres fases (7) está acoplado a los convertidores (6) Y a una tensión de red preferiblemente a través de conmutadores de protección (8) en el lado de la red. La figura 2 muestra una realización con un generador sincrónico que tiene tres módulos a una velocidad nominal que satisface el principio de voltios constantes por hertzio (V/f = constante) . El generador según una realización preferida tiene tres módulos . Cada uno de dichos módulos está preferiblemente conectado a un transformador de tres fases (5) en el lado del generador . La media tensión desde el generador puede ser preferiblemente de 6 Kv a 60 Hz . Estos valores son óptimos para módulos del generador de hasta 3 MW . Sin embargo, otras realizaciones ventajosas incluyen 6 Kv a 90 Hz, 10 Kv a 60 Hz, 10 Kv a 90 Hz. Las realizaciones que tienen 10 Kv son muy competitivas y muestran ventajas para los módulos del generador de hasta 4 MW . Dichos intervalos de parámetros muestran un buen rendimiento para los equipos y los dispositivos de conmutación de media tensión disponibles. Preferiblemente, el generador de media tensión (1) tiene un sistema de conexión a tierra neutro (2), ventajosamente como una conexión a tierra de alta resistencia. Con esta topología, un fallo de conexión a tierra en el lado del generador no interrumpe la operación. Una detención programada del sistema puede planearse. Dicha disposición
neutra
muestra muchos beneficios, tal como baja
susceptibilidad
a sobretensiones de transientos, bajos
daños
por fallos del arco, buena seguridad personal, buena
fiabilidad con un bajo coste de mantenimiento, facilidad de localización de fallos, etc . La protección del conmutador (4) en el lado del generador se puede proporcionar entre el generador (1) y el
transformador (5) . Estos conmutadores desconectan el equipo eléctrico del generador en caso de alarmas . Los transformadores de media a baja tensión en el lado del generador (5a , 5b, Se) t ienen preferiblemente una tensión
5 de salida en la baja tensi ón de 690 voltios y 60 Hz. Cada transformador puede tener una configuración de estrell a en forma de delta, tipo Dyn . Dicha configuración es estándar para la conexión de turbinas eólicas a la red . Para conseguir una baja tensión y distorsión de harmónicos
10 de corriente (TDH) cuando los convertidores funcionan mediante la modulación por amplitud de pulsos (PWM) por desplazamiento o desfase, es necesario usar al menos tres convertidores conectados a un transformador para conseguir un buen rendimiento . Usar cuatro convertidores significa
15 tener una mejor potencia por unidad de superficie, ya que entonces la potencia se puede distribuir de manera más unifo rme . Así , realizaciones preferidas son 3 Ó 4 unidades de conversión de potencia de 690 voltios por cada transformador de tres fases (S) . Estas 3 Ó 4 unidades de
20 conversión de potencia resultan en un intervalo entre 9 y 16 convertidores de potencia con valores de potencia que son de 500 kW , 750 kW o 1 MW , donde cada plataforma tiene valores de 2 MW a 4 MW. Además , la figura 2 muestra una realización preferida con
2 S un generador con tres módulos de 6 Kv a 60 Hz y a una velocidad nominal , tres transformadores en el lado del generador (5) a 6 Kv a 690 V, 12 conver tidores de frecuencia a 750 KW y t res transformadores en el lado de l a red de 690 voltios a 33 Kv .
30 El transformador del lado de la red (7 ) tiene una configuración de estrella en forma de delta (tipo Dyn) también usual en aplicaciones de turbinas eólicas y sus conexión con la red . Para valores de la potencia e ntre 6 MW y 16 MW , la tensión preferida tiene un valor de 33 kv .
Otra vez, están presentes conmutadores de protección (8) ent re la red y los transformadores del lado de la red (7) . La figura 3 muest ra una vista en sección transversal de una plataforma de potencia (11) . La porción cent ral de
5 dicha torre está ocupada por una trampilla de mantenimiento (13) . En un lado cerca del perí metro de dicha torre est á incluido un ascensor (14) . Cerca del ascensor (14) está colocada una escalera (15) . El ascensor
(14) y la escalera (15) son utilizados por operadores
10 humanos o por personal de mantenimiento y reparación. El transformador del lado del generador (5) est á colocado cerca del perímetro de la torre y opuesto a l os t ransformadores del lado de la red (7) . A lo largo del perímetro de la torre y entre dichos transformadores del
15 l ado del generador (5) y del lado de l a red (7) están situados los módul os de conversi ón (6). Esta configuración
es
particularmente simpl e para la conectividad de los
módul os
y para e l acceso del operador y también las
reparaci ones .

Claims (14)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Sistema para turbinas eólicas con un transformador en el lado del generador, que comprende : -un generador (1) conectado a una turbina eólica, -un convertidor de frecuencia {6} conectado a una red, caracterizado por -un transformador del lado del generador (5) conectado entre di cho generador ( 1) y dicho conver tidor de frecuencia (6) .
  2. 2 . Sistema según la reivindicación 1 , en el que -dicho generador (1) es un generador de media tensión, -dicho transformador del lado del generador (5) es un t r ansformador de media a baja tensión, y -dicho conversor de frecuencia (6) es un convertidor de baja tensión .
  3. 3 . Sistema según la reivindicación 1 , que tiene -un transformador en el lado de la r ed (7) que tiene una entrada conectada a dicho convertidor de frecuencia (6) Y una salida conectada a la red .
  4. 4 . Sistema según la reivindicación 1, en el que -dicho generador (1) está situado e n el interior de una góndola (10) de dicho generador de turbina eólica, y
    dicho
    transformador del lado del generador (S) está
    situado
    en el interior de la torre de un generador de
    turbi na
    eólica .
  5. 5 .
    Sistema según la r eivindicación 4, en el que
    -
    dicho transformador en el lado del generador (5) está situado en una plataforma (11 ) s i tuada a una a l tura dentro de la torre de la turbi na eólica .
  6. 6 . Sistema según la reivindicación S, en el que -dicho convertidor de frecuencia (6) está colocado en dicha plataforma (11) a un lado de dicho transformador del lado del generador (5) y dicho transformador del lado de
    la red (7) está colocado a otro lado de dicho convertidor de frecuencia (6) .
  7. 7 . Sistema según la reivindicación 4, en el que -dicho transformador en el lado del generador (S) tiene dos o más módulos (Sa , 5b, Se), estando cada uno situado en una plataforma diferente de dicha turbina eólica.
  8. 8. Sistema según la reivindicación 1, en el que -dicho transformador en el lado del generador (5) tiene una configuración de delta estrella .
  9. 9 . Sistema según la reivindicación 2, en el que -dicho transformador en el lado del generador (5) tiene una tensión de entrada de media t ensión que varía entre 6 Kv y 10 Kv a frecuencias que varía entre 50 Hz y 60 Hz.
  10. 10.
    Sistema según la reivindicación 9 , en el que -dicho transformador en el lado del generador (5) tiene una salida de baja tensión que tiene un valor de 690 v a 50 Hz.
  11. 11.
    Sistema según la reivindicación 9 ó 10, en e l que -dicho transformador en el lado del generador (5) tiene una entrada de media tensión que tiene un valor de 6 Kv a 60 Hz.
  12. 12.
    Sistema según la reivindicación 1, en el que -dicho generador (1) tiene tres módulos, teniendo cada uno tres fases, -dicho transformador en e l lado del generador (5) tiene tres módulos (5a, Sb , Se), teniendo cada uno tres fases, estando cada módulo (5a, 5b, 5c) fijado a un módulo de dicho generador (1) .
  13. 13. Sistema según la reivindicación 12, en el que
    dicho convertidor de frecuencia ( 6) tiene cuatro unidades de conversión de potencia agrupados en tres módulos convertidores teniendo cada uno tres fases , estando fijado cada módulo convertidor a un respectivo
    módulo (Sa , Sb, Se) del transformador del lado del generador (5) .
  14. 14 . Sistema según la reivindicación 12 Ó 13 , en el que
    5 -dicho transformador en el lado de l a red (7) tiene tres módulos , cada uno fijado a un módulo convertidor de frecuencia .
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