ES2534383T3

ES2534383T3 - Control del rendimiento eléctrico de un parque eólico

Info

Publication number: ES2534383T3
Application number: ES11767154.5T
Authority: ES
Inventors: Jorge Martinez Garcia
Original assignee: Vestas Wind Systems AS
Current assignee: Vestas Wind Systems AS
Priority date: 2010-08-31
Filing date: 2011-08-29
Publication date: 2015-04-22
Anticipated expiration: 2031-08-29
Also published as: US9366227B2; CN103190054B; US20130168963A1; EP2612414A2; CN103190054A; WO2012028150A2; WO2012028150A3; EP2612414B1

Abstract

Un procedimiento de control del rendimiento eléctrico de un parque eólico (2), comprendiendo el parque eólico (2) turbinas eólicas (1), controladores locales de las turbinas eólicas (14), un controlador central del parque eólico (22), un punto de medición común (4), y una red eléctrica (17) que conecta las turbinas eólicas (1) y el punto de medición común (4), en el que las conexiones de red (7) entre las turbinas eólicas (1) y el punto de medición común (4) tienen impedancias eléctricas (20); llevándose a cabo el procedimiento conjuntamente por las turbinas eólicas (1) con sus controladores locales de las turbinas eólicas (14) y el controlador central del parque eólico (22), comprendiendo el procedimiento: producir corrientes eléctricas por las turbinas eólicas (1), y suministrar las corrientes eléctricas a la red eléctrica (17); medir un valor de una cantidad eléctrica (V, Q) en el punto de medición común (4) y proporcionar el resultado de la medición al controlador central del parque eólico (22); generar, por el controlador central del parque eólico (22), por lo menos uno de un valor de referencia de tensión (Vref) y un valor de referencia de potencia reactiva (Qref) para una turbina eólica (1), basándose en el valor medido de la cantidad eléctrica en el punto de medición común (4), y proporcionar el por lo menos uno de un valor de referencia de tensión (Vref) y un valor de referencia de potencia reactiva (Qref) al controlador local de la turbina eólica (14) de la turbina eólica (1); provocar, mediante el controlador local de la turbina eólica (14), que la turbina eólica (1) produzca por lo menos una de una tensión (V) y una potencia reactiva (Q) en la red eléctrica (17) en la posición de la turbina eólica (1) que corresponde al por lo menos uno de un valor de referencia de tensión (Vref) y un valor de referencia de potencia reactiva (Qref), pero que está corregido por una corrección local (52) producida por el controlador local de la turbina eólica (14); en el que la corrección local (52), toma en consideración por lo menos uno de un cambio de tensión y un cambio de potencia reactiva esperados en el punto de medición común (4) para la corriente eléctrica suministrada por la turbina eólica (1) debido a la impedancia eléctrica (20) de la conexión de red (7) entre la turbina eólica (1) y el punto de medición común (4), tomada en consideración dicha corriente eléctrica por la corrección (52) que se determina localmente en la turbina eólica (1).

Description

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en donde QPCC y PPCC denotan la potencia reactiva y activa en el PCC, I1 denota la corriente total inyectada por la turbina eólica 1 en sus terminales 6, e IqPCC e IdPCC denotan las componentes reactiva y activa de la corriente en el PCC.

Para pequeños cambios, se puede hacer la siguiente aproximación: VPCC ≈ V1 ≈ 1 pu, en donde pu (“por unidad”) es una unidad de tensión relativa en referencia a la tensión nominal. Con esta aproximación, las ecuaciones (3) y (4) se pueden escribir como:

2

Iq1  XWPPI1  IqPCC (5)

I  RI 2  I (6)

d1 WPP 1 dPCC

Para pequeños cambios, la ecuación (2) se puede aproximar por:

15 (7)

V  X I  R I V

PCC G qPCC G dPCC UG

En principio, para insertar las ecuaciones (5) y (6) en la ecuación (7) una aproximación de un pequeño cambio para la forma cuadrática de I1 podría ser como sigue:

2 222

(I ) (I I )  I  2I I ;I  2I I  2I I (8)

1 101 01011 10111

en donde el subíndice “0” denota el valor de corriente antes de que ocurra el pequeño cambio. El pequeño cambio de señal para (5) y (6) se lee:

Iq1  XWPP (2I1I1) IqPCC (9)

I  R (2I I ) I (10)

d1 WPP 11 dPCC

Insertando las ecuaciones (9), (10) en la ecuación (7) se llega a:

(11)

VPCC  XUG (Iq1  XWPP (2I1I1))  RUG (Id1  RWPP (2I1I1)) VUG

Ahora se supone que la tensión de red se mantiene constante, es decir, VUG = constante, o VUG = 0. Calculando Iq1 de modo que mantenga las variaciones de tensión en el PCC iguales a 0, es decir VPCC = 0, se llega a:

 RR  XX  R 

UG WPP WPP UG UG

Iq1   (2I1I1)   Id1 (12)XX

 UG  UG 

El significado ostensible de Iq1 en la ecuación (12) es como sigue: Iq1 es el cambio de potencia reactiva que se inyecta por la turbina eólica 1 en los terminales 6 de la turbina eólica con el fin de mantener VPCC constante a pesar de los cambios de la corriente inyectada por la turbina eólica 1, asumiendo que VUG es constante. No obstante si se observa un cambio de VPCC, la suposición es errónea, es decir, el cambio solo se puede asignar a un cambio de VUG. Por lo tanto, la única causa de cambios de VPCC que aparece son cambios debidos a cambios de VUG, y el controlador central del parque eólico (que responde a cambios de VPCC) solo “verá” cambios de VUG, y por tanto solo controlará cambios de VUG. Inyectar Iq1 de acuerdo con la ecuación (12) por la turbina eólica 1 desacopla así el controlador central del parque eólico de cualquier perturbación provocada por cambios de la corriente inyectada por la turbina eólica 1. La corrección local se denomina por lo tanto asimismo “desacoplamiento”. Debido al desacoplamiento, cualquier cambio de VPCC se puede atribuir esencialmente de modo único a un cambio de VUG.

La función de corrección (12) se refiere a cambios pequeños de I1 e Id1 y da como resultado pequeños cambios de Iq1. En algunos modos de realización, el controlador al cual se aplica la corrección de desacoplamiento tiene características diferenciales. En estos modos de realización se puede utilizar otra función de corrección que, cuando se diferencia por el controlador, da la función de corrección (12) para Iq1 derivada para cambios pequeños de señal. Por ejemplo, una función de corrección adecuada para un controlador de diferenciación es:

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tensión, la señal de referencia corregida 54 del controlador local, o Iqref, se transforma mediante un controlador de corriente reactiva 55 en una señal de referencia 56 de tensión reactiva, o Vqref.

El control de la potencia activa P por medio de un controlador de P 46’ se ilustra igualmente en la fig. 4. Como la potencia activa P normalmente no está regulada por el controlador central del parque eólico 22 no se muestra ningún valor de referencia para P del controlador central del parque eólico 22 en la fig. 4. Debido al hecho de que una turbina eólica, a velocidades del viento por debajo de la velocidad nominal del viento de la turbina eólica, funciona normalmente a su máxima eficiencia para maximizar el rendimiento, y por encima de la velocidad nominal del viento la potencia activa está limitada a la potencia nominal constante, la potencia activa P se controla habitualmente solo localmente por el controlador local de la turbina eólica 14. Sin embargo, en algunos modos de realización, el controlador central del parque eólico 22 puede proporcionar asimismo una señal de referencia para controlar la potencia activa P, por ejemplo para abordar un evento de sobreproducción. La salida del controlador de P es una señal de referencia 54’ para la corriente activa Id que se va a producir por la turbina eólica 1, basándose en la relación P = V · Id entre P e Id, en donde V es la tensión V1 de la red interna 17 en los terminales 6. Como, en el modo de realización de la fig. 4, la corriente suministrada por el convertidor 38 se controla por modulación de tensión, la señal de referencia 54’ del controlador local, o Idref, se transforma mediante un controlador de corriente activa 55’ en una señal de referencia 56’ de tensión activa, o Vdref. La señal de referencia 56 de tensión reactiva y la señal de referencia 56’ de tensión activa se combinan y se transforman a continuación mediante un modulador convertidor 57 en señales conmutadas en tiempo que provocan que conmutadores de semiconductor del convertidor 38 se abran y cierren en ciertos momentos de modo que produzca la corriente reactiva y activa requerida.

El desacoplador 35 produce la corrección local 52 basándose en la entrada 53, es decir, el valor de corriente Im (la corriente total) e Idm (la componente activa de la corriente total) medidos en los terminales 6. La corriente activa medida Idm se multiplica en un primer multiplicador 58 por una constante K1, esto es

RUG

 (15)

XUG

La corriente total medida Im se eleva al cuadrado en primer lugar en un componente para elevar al cuadrado 59, y el cuadrado de Im se multiplica a continuación en un segundo multiplicador 60 por una constante K2, esto es

RR  XX

UG WPP WPP UG

(14)

XUG

Las salidas de los multiplicadores primero y segundo 58, 60 se suman mediante un desacoplador-sumador 61 cuya entrada es la corrección local 52, o Iq1, en algunos modos de realización. En otros modos de realización (un ejemplo de los cuales se ilustra en la fig. 4) la salida del desacoplador-sumador 61 se filtra mediante un filtro de paso bajo 62 para robustecer la corrección local frente al ruido transitorio; la salida del filtro de paso bajo 62 es la corrección local 52, o Iq1, alimentada al sumador local 51.

En los modos de realización de las figs. 4 y 5, la corrección local 52 se añade corriente abajo del sustractor local 47 y el procesador PI local 49. La constante de tiempo del procesador PI local 49 (incluyendo el filtro de paso bajo 62, en modos de realización con tal filtro de paso bajo) es mayor (o su ancho de banda es menor) que la del desacoplador 35, de modo que el bucle de control local realimentado 34 no compensa inmediatamente, y por lo tanto cancela, un cambio de la corrección local 52. Cuando un cambio de la corrección local 52 ha ocurrido, el cambio inicialmente modificará efectivamente la entrada de referencia 31, o Qref, al controlador local de la turbina eólica 14. Una vez que ha pasado un período de tiempo que corresponde al procesador PI local 49, el bucle de control local realimentado 34 compensa, y cancela así de modo efectivo, el cambio que ha aparecido en la corrección local 52. Así pues, el desacoplador 35 solo desacopla el controlador local 13 de la turbina eólica transitoriamente respecto al controlador central del parque eólico 22, es decir, solo ocurre un cambio de la corriente producida. A medida que la condición progresa hacia un estado estacionario, el efecto del desacoplador 25 disminuye y finalmente desaparece. La modificación transitoria por el desacoplador 35 a la señal de referencia 50 de corriente reactiva se sustituye por un cambio gradual correspondiente de la entrada de referencia 31, o Qref, desde el controlador central del parque eólico 22. Así pues, el efecto del desacoplador 35 es asumido gradualmente de modo creciente por el bucle de control de realimentación externo 33. El desacoplador tiene características diferenciales.

En el modo de realización de la fig. 5 se realiza un control de tensión, o “control de V”, en lugar del control de Q de la fig. 4. La salida de referencia 30 del controlador central del parque eólico 22 y la entrada de referencia 31 al controlador local de la turbina eólica 14 es una tensión deseada, Vref. Correspondientemente, en el modo de realización de control de V de la fig. 5, la analogía al controlador de Q 46 de la fig. 4 es un controlador de V 146; este determina la diferencia entre Vref y la tensión Vm producida por la turbina eólica 1 y medida en sus terminales 6, por medio de un sustractor local 147. La señal de error de V local 148 resultante se escala e integra por el procesador PI local 149. La tensión en los terminales 6 de la turbina eólica se controla mediante la cantidad de corriente reactiva Iq

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Claims

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