ES2561842T3 - Wind turbine that provides support to the distribution network - Google Patents

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ES2561842T3 ES09163969.0T ES09163969T ES2561842T3 ES 2561842 T3 ES2561842 T3 ES 2561842T3 ES 09163969 T ES09163969 T ES 09163969T ES 2561842 T3 ES2561842 T3 ES 2561842T3
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Abstract

Turbina eólica de velocidad variable (1) para su conexión a una red de distribución eléctrica (17), dispuesta para proporcionar potencia eléctrica adicional para contrarrestar perturbaciones no periódicas en la red de distribución eléctrica, que comprende: - un rotor (2) con palas (3) acoplado a un generador eléctrico (9), - un controlador (10) dispuesto como un microprocesador con memoria asociada que está dispuesto para ejecutar software de control, - estando dispuesto el controlador para monitorizar eventos que indican una necesidad de aumentar la potencia eléctrica de salida (Pe) de la turbina eólica (1) a la red de distribución eléctrica (17) para dar soporte la estabilidad de la red de distribución eléctrica, - estando dispuesto el controlador (10) para controlar la turbina eólica (1) para realizar actividad para dar soporte a la estabilidad de la red de distribución, de una manera no periódica, como a continuación: - el controlador (10) está dispuesto para, cuando la turbina eólica (1) funciona en un modo de carga parcial, es decir a una potencia por debajo de la potencia de régimen de la turbina eólica, a un punto de funcionamiento con eficiencia aerodinámica máxima y tras haberse detectado un evento de indicación, controlar la turbina eólica (1) para que entre en un periodo de sobreproducción en el que la potencia eléctrica de salida (Pe) aumenta más allá de la potencia eléctrica de funcionamiento (Pe0) a eficiencia aerodinámica máxima, en la que la potencia eléctrica de salida adicional se toma de energía cinética almacenada en el rotor (2) y sin cambiar el funcionamiento de la turbina eólica (1) a un punto de funcionamiento más eficiente, - el controlador (10) está dispuesto para, como muy tarde, cuando la velocidad de rotación del rotor (2) alcanza un valor mínimo predeterminado (ωmin), controlar la turbina eólica (1) para que entre en un periodo de recuperación para volver a acelerar el rotor (2) hasta la velocidad de rotación (ω0) en el punto de funcionamiento con eficiencia aerodinámica máxima al tiempo que contribuye además a la estabilidad de la red de distribución eléctrica produciendo al menos una potencia eléctrica mínima predeterminada (Pemin) a la red de distribución eléctrica (17).Variable speed wind turbine (1) for connection to an electrical distribution network (17), arranged to provide additional electrical power to counteract non-periodic disturbances in the electrical distribution network, comprising: - a rotor (2) with blades (3) coupled to an electric generator (9), - a controller (10) arranged as a microprocessor with associated memory that is arranged to execute control software, - the controller being arranged to monitor events that indicate a need to increase power electrical outlet (Pe) of the wind turbine (1) to the electrical distribution network (17) to support the stability of the electrical distribution network, - the controller (10) being arranged to control the wind turbine (1) to perform activity to support the stability of the distribution network, in a non-periodic manner, as follows: - the controller (10) is arranged to, when the wind turbine (1) operates in a partial load mode, that is, at a power below the regime power of the wind turbine, at a point of operation with maximum aerodynamic efficiency and after an indication event has been detected, control the wind turbine (1) so that it enters a period of overproduction in which the electrical output power (Pe) increases beyond the electrical operating power (Pe0) at maximum aerodynamic efficiency, in which the electrical power of Additional output is taken from kinetic energy stored in the rotor (2) and without changing the operation of the wind turbine (1) to a more efficient operating point, - the controller (10) is ready for, at the latest, when the Rotation speed of the rotor (2) reaches a predetermined minimum value (ωmin), control the wind turbine (1) to enter a recovery period to accelerate the rotor (2) again until Rotational loyalty (ω0) at the point of operation with maximum aerodynamic efficiency while also contributing to the stability of the electrical distribution network producing at least a predetermined minimum electrical power (Pemin) to the electrical distribution network (17).

Description

Turbina eólica que proporciona soporte a la red de distribución Wind turbine that provides support to the distribution network
Campo de la invención Field of the Invention
La invención se refiere a una turbina eólica de velocidad variable para su conexión a una red de distribución eléctrica y que está dispuesta para generar potencia eléctrica de salida adicional cuando se dan perturbaciones de la red de distribución. Más particularmente, la invención se refiere a una turbina eólica que puede dar soporte adicional a la estabilidad de la red de distribución eléctrica tras haber terminado la emisión de la potencia eléctrica adicional. The invention relates to a variable speed wind turbine for connection to an electrical distribution network and which is arranged to generate additional output power when disturbances of the distribution network occur. More particularly, the invention relates to a wind turbine that can give additional support to the stability of the electricity distribution network after the emission of the additional electrical power has ended.
Antecedentes de la invención Background of the invention
Los desequilibrios entre la potencia eléctrica alimentada a una red de distribución eléctrica y la potencia eléctrica extraída de la misma conducen a fluctuaciones de la frecuencia de la red de distribución. Si la generación de potencia eléctrica disminuye por debajo del consumo de potencia de una red de distribución eléctrica, por ejemplo debido a un fallo o desconexión de la central eléctrica, disminuye la frecuencia de la red de distribución. Por el contrario, si el consumo de potencia disminuye por debajo de la cantidad de generación de potencia eléctrica, aumenta la frecuencia de la red de distribución. Con el fin de compensar tales fluctuaciones de frecuencia, existen estaciones de generación de potencia que están dispuestas para variar continuamente su potencia eléctrica de salida activa hasta que se ha eliminado el desequilibrio. Esta variación de potencia eléctrica de salida se denomina “control de potencia primario”. Los operadores de la red de distribución especifican los requisitos de control de potencia primario en las denominadas Normativas de la Red de Distribución como, por ejemplo, el Grid Code 2006 por E.ON Netz GmbH, versión en inglés, publicado por E.ON Netz GmbH, que puede descargarse en The imbalances between the electrical power fed to an electrical distribution network and the electrical power extracted from it lead to fluctuations in the frequency of the distribution network. If the generation of electrical power decreases below the power consumption of an electrical distribution network, for example due to a failure or disconnection of the power plant, the frequency of the distribution network decreases. On the contrary, if the power consumption decreases below the amount of electric power generation, the frequency of the distribution network increases. In order to compensate for such frequency fluctuations, there are power generation stations that are arranged to continuously vary their active electrical output power until the imbalance has been eliminated. This variation of electrical output power is called "primary power control." The distribution network operators specify the requirements for primary power control in the so-called Distribution Network Regulations, such as the Grid Code 2006 by E.ON Netz GmbH, English version, published by E.ON Netz GmbH, which can be downloaded at
http://www.eon-netz.com/pages/ene_de/Veroeffentlichungen/Netzanschluss/Netzanschlussregeln/ENENAR HS2006eng.pdf. http://www.eon-netz.com/pages/ene_de/Veroeffentlichungen/Netzanschluss/Netzanschlussregeln/ENENAR HS2006eng.pdf.
Actualmente, las turbinas eólicas generalmente no contribuyen al control de potencia primario, principalmente debido a que la fuente de energía del “viento” no puede controlarse. Sin embargo, con el aumento de la proporción de centrales de energía eólica en la producción de potencia eléctrica global, se desea una contribución de las turbinas eólicas al control de potencia primario. Currently, wind turbines generally do not contribute to primary power control, mainly because the "wind" energy source cannot be controlled. However, with the increase in the proportion of wind power plants in the production of global electric power, a contribution of wind turbines to primary power control is desired.
Además, las partes giratorias mecánicas del sistema de conversión de energía de las turbinas eólicas de velocidad variable modernas no están acopladas eléctricamente a la red de electricidad, por tanto la turbina eólica está desacoplada mecánicamente de la red de distribución, a diferencia de los generadores síncronos de velocidad fija convencionales. De este modo, las turbinas eólicas modernas no tienen una contribución inherente a la estabilidad de la red de distribución cuando se experimenta un evento de red de distribución, tal como desequilibrios repentinos entre la generación total y el consumo en la red (debido a una desconexión de generador o desconexión de carga), a diferencia de los generadores síncronos de velocidad fija convencionales. Por tanto, las turbinas eólicas de este tipo no contribuyen a la inercia de rotación de la red de distribución. Con el aumento de la proporción de centrales de energía eólica en la producción de potencia eléctrica global, está disminuyendo el número de generadores síncronos de velocidad fija, perdiendo así la capacidad inherente de mezcla de generación para dar soporte a la estabilidad de la red de distribución cuando se experimenta un evento de red de distribución tal como desequilibrios repentinos entre la generación total y el consumo de la red de distribución. La inercia de red de distribución total disminuye, deteriorando la estabilidad de la frecuencia de la red de distribución. Se desea una contribución de turbinas eólicas con modulación de potencia activa controlada rápidamente para la estabilidad de la red de distribución. In addition, the mechanical rotating parts of the energy conversion system of modern variable speed wind turbines are not electrically coupled to the electricity grid, therefore the wind turbine is mechanically decoupled from the distribution network, unlike synchronous generators Conventional fixed speed. Thus, modern wind turbines do not have an inherent contribution to the stability of the distribution network when a distribution network event is experienced, such as sudden imbalances between total generation and consumption in the network (due to a disconnection generator or load disconnection), unlike conventional fixed speed synchronous generators. Therefore, wind turbines of this type do not contribute to the inertia of rotation of the distribution network. With the increase in the proportion of wind power plants in the production of global electric power, the number of synchronous fixed-speed generators is decreasing, thus losing the inherent generation mixing capacity to support the stability of the distribution network when a distribution network event is experienced such as sudden imbalances between total generation and consumption of the distribution network. The total distribution network inertia decreases, deteriorating the frequency stability of the distribution network. A contribution of wind turbines with rapidly controlled active power modulation is desired for the stability of the distribution network.
Se conoce, por ejemplo a partir del documento DE 100 22 974 A1, que las turbinas eólicas pueden reaccionar a aumentos de la frecuencia de la red de distribución (es decir se consume menos potencia de la red de distribución eléctrica de la que se alimenta a la misma) disminuyendo su potencia de salida. Sin embargo, resulta difícil responder a disminuciones de frecuencia (es decir se consume más potencia de la red de distribución eléctrica de la que se alimenta a la misma) porque eso significa aumentar la producción de potencia eléctrica activa sin disponer de más energía eólica. Se conocen dos enfoques diferentes para tratar este asunto: It is known, for example, from DE 100 22 974 A1, that wind turbines can react to increases in the frequency of the distribution network (ie less power is consumed from the electricity distribution network than is fed to the same) decreasing its output power. However, it is difficult to respond to frequency decreases (that is, more power is consumed from the electricity distribution network than is fed to it) because that means increasing the production of active electrical power without having more wind power. Two different approaches are known to address this issue:
En primer lugar, dos artículos a nombre de Harald Weber et al. de la universidad de Rostock (“Netzregelverhalten von Windkraftanlagen”, publicados en la conferencia 6th GMA/ETG-Fachtagung “Sichere und zuverlässige Systemführung von Kraftwerk und Netz im Zeichen der Deregulierung”, celebrada del 21 al 22 de mayo de 2003 en Múnich, que puede descargarse en www.etechnik.unirostock.de/ee/download/publications_EEV/uni_hro_publ35_WKA_2003.pdf; “Primärregelung mit Windkraftanlagen”, publicada en el ETG-Workshop “Neue dezentrale Versorgungsstrukturen”, celebrado del 19 al 20 de febrero de 2003 en Frankfurt/Main, que puede descargarse en www.e-technik.unirostock.de/ee/download/publications_EEV/uni_hro_publ33_etg_frankfurt_2003.pdf; ambos documentos denominados a continuación en el presente documento como “artículos de Rostock”), recomiendan el funcionamiento de una turbina eólica a un punto de funcionamiento subóptimo (por ejemplo a una velocidad de rotación de rotor por encima de la óptima, a una velocidad del viento dada) con el fin de disponer de reservas de potencia que puedan producirse adicionalmente en caso de una disminución de frecuencia (por ejemplo disminuyendo entonces la velocidad de rotación de rotor hasta la velocidad óptima, a una velocidad del viento dada). First, two articles in the name of Harald Weber et al. from the University of Rostock (“Netzregelverhalten von Windkraftanlagen”, published at the 6th GMA / ETG-Fachtagung conference “Sichere und zuverlässige Systemführung von Kraftwerk und Netz im Zeichen der Deregulierung”, held from May 21 to 22, 2003 in Munich, which It can be downloaded at www.etechnik.unirostock.de/ee/download/publications_EEV/uni_hro_publ35_WKA_2003.pdf; “Primärregelung mit Windkraftanlagen”, published in the ETG-Workshop “Neue dezentrale Versorgungsstrukturen”, held from February 19 to 20, 2003 on February 20, 2003 / Main, which can be downloaded at www.e-technik.unirostock.de/ee/download/publications_EEV/uni_hro_publ33_etg_frankfurt_2003.pdf; both documents referred to below in this document as "Rostock articles"), recommend the operation of a turbine wind at a suboptimal operating point (for example at a rotor rotation speed above the optimum, at a given wind speed) co n in order to have power reserves that can be produced additionally in the event of a frequency decrease (for example, then decreasing the rotor rotation speed to the optimum speed, at a given wind speed).
Así, la potencia eléctrica de salida adicional puede alimentarse a la red de distribución durante un tiempo indefinido. Thus, the additional output power can be fed to the distribution network for an indefinite time.
Según el segundo enfoque, que se describe por ejemplo en el documento WO 2005/025026 A1, la energía cinética almacenada en el rotor de una turbina eólica se identifica como reserva de potencia que puede transformarse en potencia eléctrica e inyectarse adicionalmente en la red de distribución, sin embargo, solo durante un corto periodo de tiempo. Al usar la energía cinética del rotor, también es posible compensar oscilaciones de frecuencia periódicas, mediante la desaceleración y aceleración periódica del rotor, en sincronización con la oscilación de frecuencia. According to the second approach, which is described for example in WO 2005/025026 A1, the kinetic energy stored in the rotor of a wind turbine is identified as a reserve of power that can be transformed into electrical power and additionally injected into the distribution network , however, only for a short period of time. By using the kinetic energy of the rotor, it is also possible to compensate for periodic frequency oscillations, by periodically decelerating and accelerating the rotor, in synchronization with the frequency oscillation.
Un concepto similar para la introducción de potencia en un corto tiempo a expensas de la energía cinética del rotor lo proporciona el artículo “Temporary Primary Frequency Control Support by Variable Speed Wind Turbines -Potential and Applications” por Ullah et al. (publicado por IEEE en “IEEE Transactions on Power Systems, vol. 23, n.º 2” en mayo del 2008, páginas 601 a 612, que puede descargarse en ieeexplore. ieee.org/iel5/59/4494587/04480153.pdf; a continuación en el presente documento denominado “ULLAH”). A similar concept for the introduction of power in a short time at the expense of the kinetic energy of the rotor is provided by the article "Temporary Primary Frequency Control Support by Variable Speed Wind Turbines -Potential and Applications" by Ullah et al. (published by IEEE in “IEEE Transactions on Power Systems, vol. 23, No. 2” in May 2008, pages 601 to 612, which can be downloaded at ieeexplore. ieee.org/iel5/59/4494587/04480153.pdf , then in this document called "ULLAH").
Estas propuestas para usar energía cinética procedente del rotor para producir temporalmente potencia eléctrica adicional, sin embargo, todavía no han madurado ya que dichos documentos no se refieren al control de turbinas eólicas tras haber terminado una potencia eléctrica de salida adicional no periódica. La presente invención proporciona un enfoque refinado para una variación rápida de potencia activa para la contribución a la estabilidad de la red de distribución y al control de potencia primario por parte de las turbinas eólicas. These proposals to use kinetic energy from the rotor to temporarily produce additional electrical power, however, have not yet matured since these documents do not refer to the control of wind turbines after an additional non-periodic output electrical power has been terminated. The present invention provides a refined approach to a rapid variation of active power for the contribution to the stability of the distribution network and to the control of primary power by wind turbines.
Sumario de la invención Summary of the invention
Según un primer aspecto, la invención proporciona una turbina eólica de velocidad variable para su conexión a una red de distribución eléctrica que tiene las características de la reivindicación 1. La turbina eólica está dispuesta para proporcionar potencia eléctrica adicional para contrarrestar perturbaciones no periódicas en la red de distribución eléctrica. Comprende un rotor con palas acoplado a un generador eléctrico y un controlador que está dispuesto para monitorizar eventos que indican la necesidad de aumentar la potencia eléctrica de salida de la turbina eólica a la red de distribución eléctrica para dar soporte a la estabilidad de la red de distribución eléctrica. El controlador está dispuesto como un microprocesador con memoria asociada que está dispuesto para ejecutar software. Está dispuesto para controlar la turbina eólica para realizar una actividad de soporte a la estabilidad de la red de distribución, de una manera no periódica, como a continuación: Cuando la turbina eólica funciona en un modo de carga parcial, es decir a una potencia por debajo de su potencia de régimen, a un punto de funcionamiento con eficiencia aerodinámica máxima y tras haberse detectado un evento de indicación, la turbina eólica entra en un periodo de sobreproducción en el que la potencia eléctrica de salida se aumenta más allá de la potencia eléctrica de funcionamiento a la eficiencia aerodinámica máxima, en la que la potencia eléctrica de salida adicional se toma de energía cinética almacenada en el rotor y sin cambiar el funcionamiento de la turbina eólica a un punto de funcionamiento más eficiente. Como muy tarde, cuando la velocidad de rotación del rotor alcanza un valor mínimo predeterminado, la turbina eólica entra en un periodo de recuperación para volver a acelerar el rotor hasta la velocidad de rotación en el punto de funcionamiento con eficiencia aerodinámica máxima al tiempo que contribuye además a la estabilidad de la red de distribución eléctrica produciendo al menos una potencia eléctrica mínima predeterminada a la red de distribución eléctrica. According to a first aspect, the invention provides a variable speed wind turbine for connection to an electrical distribution network having the characteristics of claim 1. The wind turbine is arranged to provide additional electrical power to counteract non-periodic disturbances in the network. of electrical distribution. It comprises a rotor with blades coupled to an electric generator and a controller that is arranged to monitor events that indicate the need to increase the electrical power output of the wind turbine to the electrical distribution network to support the stability of the grid. electrical distribution. The controller is arranged as a microprocessor with associated memory that is arranged to run software. It is arranged to control the wind turbine to perform a support activity to the stability of the distribution network, in a non-periodic manner, as follows: When the wind turbine operates in a partial load mode, that is to say at a power per below its operating power, at a point of operation with maximum aerodynamic efficiency and after an indication event has been detected, the wind turbine enters a period of overproduction in which the electrical output power is increased beyond the electrical power operating at maximum aerodynamic efficiency, in which the additional output electrical power is taken from kinetic energy stored in the rotor and without changing the operation of the wind turbine to a more efficient operating point. At the latest, when the rotor rotation speed reaches a predetermined minimum value, the wind turbine enters a recovery period to re-accelerate the rotor to the rotation speed at the operating point with maximum aerodynamic efficiency while contributing in addition to the stability of the electrical distribution network producing at least a predetermined minimum electrical power to the electrical distribution network.
Según un segundo aspecto, la invención proporciona un controlador dispuesto para controlar una turbina eólica de velocidad variable de manera correspondiente, que tiene las características de la reivindicación 15. According to a second aspect, the invention provides a controller arranged to control a correspondingly variable speed wind turbine, having the characteristics of claim 15.
Según un tercer aspecto, la invención proporciona un correspondiente método para controlar una turbina eólica para proporcionar potencia eléctrica adicional, que tiene las características de la reivindicación 16. According to a third aspect, the invention provides a corresponding method for controlling a wind turbine to provide additional electrical power, which has the characteristics of claim 16.
En las reivindicaciones dependientes, la siguiente descripción y los dibujos se exponen aspectos adicionales. In the dependent claims, the following description and the drawings set forth additional aspects.
Breve descripción de los dibujos Brief description of the drawings
Se explican realizaciones a modo de ejemplo con respecto a los dibujos adjuntos, en los que: Exemplary embodiments are explained with respect to the accompanying drawings, in which:
la figura 1 muestra esquemáticamente un conjunto de una turbina eólica de velocidad variable; Figure 1 schematically shows a set of a variable speed wind turbine;
la figura 2 es un diagrama simplificado que representa un flujo de control de la turbina eólica; Figure 2 is a simplified diagram representing a control flow of the wind turbine;
la figura 3 ilustra a modo de ejemplo la curva de producción de una turbina eólica; Figure 3 illustrates by way of example the production curve of a wind turbine;
la figura 4 es un diagrama que muestra la correlación entre velocidad de rotación del rotor y la potencia eléctrica de salida según una primera realización; Figure 4 is a diagram showing the correlation between rotor rotation speed and electrical output power according to a first embodiment;
la figura 5 ilustra el desarrollo de la potencia eléctrica de salida, la potencia mecánica de pala disponible y la velocidad de rotor según la primera realización; Figure 5 illustrates the development of the electrical output power, the available mechanical blade power and the rotor speed according to the first embodiment;
la figura 5a es una ilustración esquemática de la primera realización según la figura 5, en la que la potencia eléctrica de salida está modulada durante el periodo de sobreproducción y de recuperación; Figure 5a is a schematic illustration of the first embodiment according to Figure 5, in which the electrical output power is modulated during the overproduction and recovery period;
la figura 6 representa la correlación entre velocidad de rotación del rotor y la potencia eléctrica de salida según una segunda realización; Figure 6 represents the correlation between rotor rotation speed and electrical output power according to a second embodiment;
la figura 7 es un diagrama que muestra las características de la potencia eléctrica de salida, la potencia mecánica de pala disponible y la velocidad de rotor según la segunda realización; Figure 7 is a diagram showing the characteristics of the electrical output power, the available mechanical blade power and the rotor speed according to the second embodiment;
la figura 8 muestra las curvas de potencia eléctrica y mecánica así como la velocidad de rotor según una tercera realización; Figure 8 shows the electrical and mechanical power curves as well as the rotor speed according to a third embodiment;
la figura 9 ilustra la correlación entre velocidad de rotación del rotor y la potencia eléctrica de salida en una situación en la que la potencia eólica disponible es mayor que la potencia eléctrica nominal de la turbina eólica (funcionamiento a plena carga); Figure 9 illustrates the correlation between rotor rotation speed and electrical output power in a situation where the available wind power is greater than the nominal electric power of the wind turbine (full load operation);
la figura 10 muestra esquemáticamente los componentes mecánicos y eléctricos de una turbina eólica con un generador síncrono y un convertidor de escala completa; Figure 10 schematically shows the mechanical and electrical components of a wind turbine with a synchronous generator and a full-scale converter;
la figura 11 muestra esquemáticamente los componentes mecánicos y eléctricos de una turbina eólica con un generador de inducción de doble alimentación (DFIG); Figure 11 schematically shows the mechanical and electrical components of a wind turbine with a double power induction generator (DFIG);
la figura 12 muestra a modo de ejemplo la duración del periodo de recuperación para diferentes niveles de potencia eléctrica de salida dependiendo de la velocidad del viento; Figure 12 shows by way of example the duration of the recovery period for different levels of electrical output power depending on the wind speed;
la figura 13 ilustra el método de soporte de estabilidad de la red de distribución según un aspecto de la presente invención. Figure 13 illustrates the stability support method of the distribution network according to an aspect of the present invention.
Nomenclatura Nomenclature
A lo largo de esta memoria descriptiva se usan los siguientes términos y abreviaturas: Throughout this specification the following terms and abbreviations are used:
Pnom: es la potencia eléctrica de funcionamiento nominal (de régimen) de la turbina eólica según la invención (cuando se hace referencia a “potencia”, se refiere a la unidad física con la dimensión energía/tiempo o trabajo/tiempo); Pnom: is the nominal operating power (of regime) of the wind turbine according to the invention (when referring to "power", it refers to the physical unit with the dimension energy / time or work / time);
Pe: es la (salida de) potencia eléctrica de funcionamiento real en un determinado punto en el tiempo; Pe: is the (output of) real operating electrical power at a certain point in time;
Pe0: significa la potencia eléctrica de funcionamiento de la turbina eólica (normal) en el momento de entrar en el modo de control de potencia según la presente invención; Pe0: means the operating electric power of the wind turbine (normal) at the time of entering the power control mode according to the present invention;
Pop: es la potencia de sobreproducción que se produce además de la potencia eléctrica de funcionamiento normal de la turbina eólica durante el periodo de sobreproducción; Pop: is the overproduction power that is produced in addition to the normal operating electric power of the wind turbine during the overproduction period;
Pemin: indica la potencia eléctrica de salida mínima predeterminada durante el periodo de recuperación; Pemin: indicates the predetermined minimum output electrical power during the recovery period;
Pacc: significa la potencia usada para volver a acelerar el rotor durante el periodo de recuperación según la presente invención; Pacc: means the power used to re-accelerate the rotor during the recovery period according to the present invention;
Pw: indica la potencia eólica disponible en un determinado punto en el tiempo; Pw: indicates the wind power available at a certain point in time;
Pm: significa la potencia mecánica de rotor de la turbina eólica en un determinado punto en el tiempo; Pm: means the mechanical rotor power of the wind turbine at a certain point in time;
0: indica la velocidad de rotación del rotor de la turbina eólica en el momento de entrar en el modo de control de potencia según la presente invención; 0: indicates the rotational speed of the wind turbine rotor at the time of entering the power control mode according to the present invention;
min: es la velocidad de rotación mínima del rotor de la turbina eólica a la que la turbina eólica entra en el periodo de recuperación. min: is the minimum rotation speed of the wind turbine rotor at which the wind turbine enters the recovery period.
Descripción general General description
Antes de hacer referencia a la descripción detallada de las realizaciones, primero se comentarán algunos aspectos generales. Before referring to the detailed description of the embodiments, some general aspects will be discussed first.
Los componentes principales de la turbina eólica según la invención son un rotor con palas que está acoplado a un generador eléctrico y un controlador que está dispuesto para controlar la turbina eólica para realizar una actividad para dar soporte a la estabilidad de la red de distribución. La turbina eólica es una turbina eólica de velocidad variable, es decir la velocidad de rotor puede variarse durante el funcionamiento en curso con el fin de permitir la explotación eficiente de la potencia eólica disponible al tiempo que se minimiza la carga y abrasión de la turbina eólica. Está dispuesta además para su conexión a una red de distribución eléctrica que es, por ejemplo, una red pública de suministro de potencia trifásica o, si la turbina eólica pertenece a un parque eólico, la red de tensión eléctrica interna del parque eólico (que a su vez, en general, puede estar conectada de nuevo a una red pública de suministro de potencia). Para permitir hacer funcionar la turbina eólica con velocidades de rotor variables, se The main components of the wind turbine according to the invention are a rotor with blades that is coupled to an electric generator and a controller that is arranged to control the wind turbine to perform an activity to support the stability of the distribution network. The wind turbine is a variable speed wind turbine, that is the rotor speed can be varied during the current operation in order to allow efficient exploitation of the available wind power while minimizing the loading and abrasion of the wind turbine . It is also arranged for connection to an electrical distribution network which is, for example, a public three-phase power supply network or, if the wind turbine belongs to a wind farm, the internal electrical voltage network of the wind farm (which in general, in turn, it can be connected again to a public power supply network). To allow the wind turbine to run with variable rotor speeds,
desacopla mecánicamente de la frecuencia fija de la red de distribución, por ejemplo mediante un convertidor eléctrico o una caja de engranajes de velocidad variable entre rotor y generador. mechanically decouple the fixed frequency from the distribution network, for example by an electric converter or a variable speed gearbox between rotor and generator.
Durante el funcionamiento en modo de carga parcial (es decir la potencia eólica disponible está por debajo de la potencia eólica de régimen de la turbina eólica), la turbina eólica funciona generalmente a un punto de funcionamiento óptimo. Dependiendo de la velocidad y dirección del viento, la velocidad de rotor así como los ángulos de paso y guiñada (suponiendo que la turbina eólica está equipada con sistemas de control de guiñada y paso de pala) se ajustan continuamente de modo que se mantiene la eficiencia aerodinámica máxima (por ejemplo la relación de velocidad en la punta de la turbina eólica se mantiene a un valor óptimo) y se obtiene la potencia eléctrica máxima de las condiciones del viento (esta política se denomina habitualmente “seguimiento de potencia máxima”). Si la potencia eólica disponible alcanza o supera la potencia eólica de régimen de la turbina eólica, la velocidad de rotación de rotor y la potencia eléctrica de funcionamiento se limitan a sus valores nominales, por ejemplo, controlando los ángulos de ataque de las palas usando un sistema de control de paso de pala. De ese modo, se protege la turbina eólica frente a sobrecarga al tiempo que la potencia eléctrica generada se mantiene constante a su valor de régimen (Pnom = Pe). Por tanto, solo en este denominado modo a plena carga, la potencia eólica disponible no se aprovecha tanto como es posible, sino que se limita la potencia eléctrica de salida girando las palas para que eviten el viento en cierta medida. During operation in partial load mode (ie the available wind power is below the wind power of the wind turbine regime), the wind turbine generally operates at an optimum operating point. Depending on the wind speed and direction, the rotor speed as well as the pitch and yaw angles (assuming that the wind turbine is equipped with yaw and blade pitch control systems) are continuously adjusted so that efficiency is maintained maximum aerodynamics (for example the speed ratio at the tip of the wind turbine is maintained at an optimal value) and the maximum electric power of wind conditions is obtained (this policy is usually called "maximum power tracking"). If the available wind power reaches or exceeds the wind power of the wind turbine, the rotor rotation speed and the operating electric power are limited to their nominal values, for example, by controlling the angles of attack of the blades using a shovel pitch control system. In this way, the wind turbine is protected against overload while the electric power generated is kept constant at its regime value (Pnom = Pe). Therefore, only in this so-called full load mode, the available wind power is not used as much as possible, but the electrical output power is limited by rotating the blades to avoid wind to some extent.
Sin embargo, los “artículos de Rostock” proponen un funcionamiento de turbina eólica que se aparta de esto. Con el fin de disponer de una reserva de potencia para el control de potencia primario, una turbina eólica se hará funcionar generalmente de una manera no óptima. Esto puede realizarse accionando el rotor a una velocidad de rotación superior o inferior o girando las palas a un ángulo de paso subóptimo (véase “Netzregelverhalten von Windkraftanlagen”, p. 6). Sin embargo, un funcionamiento sistemático de este tipo que se aparta de la curva característica de trabajo óptima provoca un desaprovechamiento significativo de la energía eólica disponible. Desde un punto de vista económico, esto es problemático porque, a diferencia de las centrales eléctricas basadas en fuentes de energía controlables como el agua o centrales de gas donde la cantidad de energía no gastada, y por tanto ahorrada, del portador de energía puede convertirse en potencia eléctrica en momentos posteriores, la energía eólica no aprovechada simplemente se pierde. Por tanto, el enfoque sugerido por los “artículos de Rostock” no se sigue en este caso, sino que la turbina eólica según la invención funciona en su curva característica de par de torsión-velocidad normal, al menos cuando trabaja en modo de carga parcial. However, the "Rostock articles" propose a wind turbine operation that departs from this. In order to have a power reserve for primary power control, a wind turbine will generally be operated in a non-optimal manner. This can be done by operating the rotor at a higher or lower rotation speed or by rotating the blades at a suboptimal pitch angle (see "Netzregelverhalten von Windkraftanlagen", p. 6). However, such systematic operation that deviates from the optimum work characteristic curve causes significant wastage of the available wind energy. From an economic point of view, this is problematic because, unlike power plants based on controllable energy sources such as water or gas plants where the amount of energy not spent, and therefore saved, from the energy carrier can become in electrical power at later times, unused wind power is simply lost. Therefore, the approach suggested by the "Rostock articles" is not followed in this case, but the wind turbine according to the invention operates in its normal torque-speed characteristic curve, at least when working in partial load mode. .
Tal como se describe en ULLAH y el documento WO 2005/025026 A1, es posible proporcionar una potencia de salida adicional, incluso si la turbina eólica se hace funcionar en su punto de funcionamiento óptimo, extrayendo energía cinética del rotor giratorio. Según ULLAH, es posible por ejemplo producir un nivel de potencia eléctrica adicional, que resulta apropiado para contribuir al mantenimiento de la frecuencia de la red de distribución, durante aproximadamente 10 segundos (en contraposición al control de potencia primario clásico en el que la potencia eléctrica adicional se genera a partir de una reserva de potencia disponible y, por tanto, puede mantenerse generalmente durante un largo tiempo). Este aumento de potencia transitorio y ocasional también se denomina “respuesta de inercia de red de distribución”. La extracción de energía cinética conducirá a una deceleración del rotor y por tanto provoca generalmente una desviación del punto de funcionamiento óptimo durante el tiempo de la contribución a la estabilidad de frecuencia (ULLAH, p. 608, col. d.). Tras el periodo de potencia eléctrica de salida adicional (que a continuación en el presente documento se denomina “periodo de sobreproducción”) la potencia eléctrica de salida se disminuye rápidamente e incluso puede consumirse potencia de la red de distribución eléctrica de modo que el rotor puede acelerarse de nuevo (p. 609, col. i.). Sin embargo, esta disminución rápida de potencia provoca una segunda disminución de frecuencia de la red de distribución (véanse las figuras 17(a), 18 y 19) de modo que, tras la respuesta de inercia a corto plazo inicial, no se proporciona una posterior estabilización de frecuencia. As described in ULLAH and WO 2005/025026 A1, it is possible to provide additional output power, even if the wind turbine is operated at its optimum operating point, extracting kinetic energy from the rotating rotor. According to ULLAH, it is possible, for example, to produce an additional level of electrical power, which is appropriate to contribute to the maintenance of the frequency of the distribution network, for approximately 10 seconds (as opposed to the classic primary power control in which the electrical power additional is generated from a reserve of available power and, therefore, can generally be maintained for a long time). This temporary and occasional increase in power is also called the “distribution network inertia response”. The extraction of kinetic energy will lead to a deceleration of the rotor and therefore generally causes a deviation from the optimum operating point during the time of the contribution to frequency stability (ULLAH, p. 608, col. D.). After the period of additional output power (which is referred to herein as the "overproduction period"), the output power decreases rapidly and even power from the power distribution network can be consumed so that the rotor can accelerate again (p. 609, col. i.). However, this rapid decrease in power causes a second decrease in the frequency of the distribution network (see Figures 17 (a), 18 and 19) so that, after the initial short-term inertia response, no subsequent frequency stabilization.
La presente invención se centra en el control de turbina eólica en la fase tras haber terminado el periodo de sobreproducción y hasta que el rotor se ha vuelto a acelerar hasta su velocidad normal (este periodo se denomina a continuación en el presente documento “periodo de recuperación”). Proporciona una turbina eólica dispuesta para contribuir al control de potencia primario de un modo en el que se da soporte adicional a la estabilidad de la red de distribución eléctrica durante el periodo de recuperación. The present invention focuses on the control of the wind turbine in the phase after the overproduction period has ended and until the rotor has accelerated again to its normal speed (this period is referred to hereinafter as the "recovery period" "). It provides a wind turbine arranged to contribute to primary power control in a manner that provides additional support to the stability of the electricity distribution network during the recovery period.
El documento WO 2005/025026 A1 persigue el mismo enfoque que el descrito en ULLAH y adicionalmente menciona la utilización de la energía cinética del rotor para amortiguar oscilaciones de la frecuencia de la red de distribución periódicas (las denominadas “Oscilaciones inter-área”, documento WO 2005/025026 A1, p. 14). En un ejemplo dado, la frecuencia de la red de distribución oscila con una frecuencia característica de 0,22 Hz (igual a una duración de ciclo de 4,5 s) lo que significa que para amortiguar esta oscilación la turbina eólica inyecta potencia adicional durante 2,25 s y reduce la potencia de salida durante otros 2,25 s de manera alternante (p. 14 y figura 3). En este escenario, está prevista la reducción significativa de potencia eléctrica de salida tras el aumento más allá de la potencia de funcionamiento normal (debido a que la frecuencia de la red de distribución es superior a la nominal para la respectiva mitad del ciclo) de modo que no hay necesidad de contrarrestar un valle de frecuencia en curso. WO 2005/025026 A1 pursues the same approach as described in ULLAH and additionally mentions the use of the kinetic energy of the rotor to dampen frequency oscillations of the periodic distribution network (the so-called "inter-area oscillations", document WO 2005/025026 A1, p. 14). In a given example, the frequency of the distribution network oscillates with a characteristic frequency of 0.22 Hz (equal to a cycle time of 4.5 s) which means that to dampen this oscillation the wind turbine injects additional power during 2.25 s and reduces the output power for another 2.25 s alternately (p. 14 and figure 3). In this scenario, the significant reduction of the electrical output power is expected after the increase beyond the normal operating power (because the frequency of the distribution network is higher than the nominal for the respective half of the cycle) so that there is no need to counteract an ongoing frequency valley.
En contraposición a esto, la presente invención se concibe para contrarrestar perturbaciones no periódicas en la red de distribución eléctrica. En particular, si la frecuencia de la red de distribución disminuye durante periodos más largos debido a un aumento de consumo de potencia de mayor duración procedente de la red de distribución In contrast to this, the present invention is designed to counteract non-periodic disturbances in the electrical distribution network. In particular, if the frequency of the distribution network decreases for longer periods due to an increase in power consumption of longer duration from the distribution network
eléctrica o desconexión/fallo de otra central eléctrica, la turbina eólica que funciona según la presente invención puede proporcionar potencia eléctrica adicional de una manera transitoria y seguir contribuyendo a la estabilidad de la red de distribución tras haber terminado la generación de potencia eléctrica adicional. electric or disconnection / failure of another power plant, the wind turbine operating according to the present invention can provide additional electrical power in a transient manner and continue contributing to the stability of the distribution network after the generation of additional electrical power has ended.
En particular, la turbina eólica según la presente invención está dispuesta para realizar un modo de control auxiliar de dos fases, siendo la primera fase un periodo de sobreproducción en el que la potencia eléctrica suministrada desde la turbina eólica a la red de distribución eléctrica se aumenta más allá de la potencia eléctrica de funcionamiento normal, y siendo la segunda fase un periodo de recuperación en el que la turbina eólica contribuye adicionalmente a la estabilidad de la red de distribución eléctrica. Esta contribución adicional se consigue produciendo una cantidad de potencia eléctrica que está a o por encima de un umbral inferior predeterminado. De este modo, puede disminuirse una (segunda) disminución significativa de la frecuencia de la red de distribución, como ocurre en ULLAH. In particular, the wind turbine according to the present invention is arranged to perform a two-phase auxiliary control mode, the first phase being an overproduction period in which the electrical power supplied from the wind turbine to the electrical distribution network is increased beyond the normal operating electric power, and the second phase being a recovery period in which the wind turbine contributes additionally to the stability of the electricity distribution network. This additional contribution is achieved by producing an amount of electrical power that is at or above a predetermined lower threshold. In this way, a (second) significant decrease in the frequency of the distribution network can be decreased, as in ULLAH.
La turbina eólica según la invención comprende un controlador que es responsable de controlar la entrada de la turbina eólica en el modo de control de dos fases. Con esta finalidad, el controlador monitoriza (de manera continua The wind turbine according to the invention comprises a controller that is responsible for controlling the input of the wind turbine in the two phase control mode. For this purpose, the controller monitors (continuously
o periódica) eventos que indican que la potencia eléctrica de salida a la red de distribución se aumentará más allá de la normal, es decir la presente potencia eléctrica de funcionamiento Pe. Tal evento de indicación puede ser, por ejemplo, una señal de control generada por una entidad externa de turbina eólica tal como el operador de red de distribución o un controlador de parque eólico. Alternativamente, puede ser una alarma activada por una medición interna de parámetros de funcionamiento de turbina eólica, tales como la frecuencia de la red de distribución o el cambio de ángulo de tensión y, en particular, la determinación de una desviación de parámetro de funcionamiento con respecto a su valor normal en una cantidad predefinida. El evento de indicación puede incluir no solo la indicación de que se necesita un aumento de la potencia eléctrica de salida, sino también información adicional sobre la naturaleza del aumento de potencia requerido. Por ejemplo, podría contener información sobre la magnitud del aumento de potencia (como valor relativo o absoluto), la magnitud de la disminución de frecuencia respectiva, la duración o variación deseada del aumento de la potencia eléctrica de salida u otros metadatos o datos de gestión o metadatos o datos de gestión adicionales. Entonces el controlador puede disponerse para evaluar y procesar esta información y para iniciar correspondientes actividades de control. or periodic) events that indicate that the electrical power output to the distribution network will be increased beyond normal, that is, the present operating electrical power Pe. Such an indication event may be, for example, a control signal generated by an external wind turbine entity such as the distribution network operator or a wind farm controller. Alternatively, it can be an alarm triggered by an internal measurement of wind turbine operating parameters, such as the frequency of the distribution network or the change of voltage angle and, in particular, the determination of a deviation from operating parameter with with respect to its normal value in a predefined amount. The indication event may include not only the indication that an increase in the electrical output power is needed, but also additional information about the nature of the required power increase. For example, it could contain information on the magnitude of the power increase (as relative or absolute value), the magnitude of the respective frequency decrease, the desired duration or variation of the increase in the output power or other metadata or management data or additional metadata or management data. Then the controller can be arranged to evaluate and process this information and to initiate corresponding control activities.
En particular, tras la detección de un evento de indicación, el controlador inicia una actividad para dar soporte a la estabilidad de la red de distribución, empezando con el periodo de sobreproducción. Durante este tiempo se da soporte a la estabilidad de la red de distribución produciendo potencia eléctrica de sobreproducción (Pop) además de la potencia eléctrica de funcionamiento normal que estaba produciéndose en el momento del inicio del periodo de sobreproducción (Pe0). Por tanto, la potencia eléctrica de salida durante el periodo de sobreproducción Pe puede especificarse mediante Pe = Pe0 + Pop (suponiendo que las condiciones del viento no cambian durante el periodo de sobreproducción, y, por tanto, el punto de funcionamiento hipotético al que se habría hecho funcionar la turbina eólica se hubiera mantenido si no hubiera entrado en el periodo de sobreproducción, es decir Pe = Pe0 durante este intervalo de tiempo). La potencia de sobreproducción adicional Pop puede ser un valor predeterminado y fijo (el mismo valor para cualquier periodo de sobreproducción y que no cambia durante un periodo de sobreproducción completo), o variable según el caso, pero aun así constante a lo largo de cada periodo de sobreproducción, o puede variarse durante un ciclo de sobreproducción, por ejemplo en respuesta a eventos adicionales monitorizados por el controlador u otros datos de gestión (que podrían haberse proporcionado, por ejemplo, junto con el evento de indicación), de modo que mediante la modulación de la potencia eléctrica de salida la turbina eólica puede contribuir a la estabilidad de la red de distribución eléctrica dependiendo de la naturaleza y características de la inestabilidad de la red de distribución. In particular, after the detection of an indication event, the controller initiates an activity to support the stability of the distribution network, beginning with the overproduction period. During this time, the stability of the distribution network is supported by producing electrical overproduction power (Pop) in addition to the normal operating electrical power that was being produced at the time of the start of the overproduction period (Pe0). Therefore, the electrical output power during the overproduction period Pe can be specified by Pe = Pe0 + Pop (assuming that the wind conditions do not change during the overproduction period, and therefore the hypothetical operating point at which the wind turbine would have been operated if it had not entered the overproduction period, ie Pe = Pe0 during this time interval). The additional overproduction power Pop can be a predetermined and fixed value (the same value for any period of overproduction and that does not change during a period of complete overproduction), or variable according to the case, but still constant throughout each overproduction period, or it can be varied during an overproduction cycle, for example in response to additional events monitored by the controller or other management data (which could have been provided, for example, together with the indication event), so that by The modulation of the output power of the wind turbine can contribute to the stability of the electricity distribution network depending on the nature and characteristics of the instability of the distribution network.
La potencia de sobreproducción Pop, al menos cuando la turbina eólica funciona en modo de carga parcial, no se genera cambiando el funcionamiento de la turbina eólica a un punto de funcionamiento más favorable, sino que se extrae de la energía cinética almacenada en las masas giratorias de la turbina eólica, es decir su rotor. Por consiguiente, la disminución de velocidad de rotor durante el periodo de sobreproducción depende de la cantidad de energía extraída. The overproduction power Pop, at least when the wind turbine operates in partial load mode, is not generated by changing the operation of the wind turbine to a more favorable operating point, but is extracted from the kinetic energy stored in the masses Rotating the wind turbine, that is its rotor. Therefore, the decrease in rotor speed during the overproduction period depends on the amount of energy extracted.
Las consideraciones que se establecen en el presente documento se basan en la suposición de que la potencia eólica disponible (Pw) permanece constante durante el modo de control auxiliar de dos fases. Sobre esa suposición, la disminución de la velocidad del rotor durante la sobreproducción provoca que la turbina eólica se desvíe del punto de funcionamiento óptimo, aceptando una pérdida (relativamente leve) de eficiencia (lo que significa que, de hecho, el funcionamiento de la turbina eólica es justo inverso con respecto a los “artículos de Rostock”: funcionamiento normal a un punto de funcionamiento con eficiencia máxima, produciéndose una desviación (negativa) con respecto al punto de funcionamiento normal sólo mientras se realiza la actividad para dar soporte a la estabilidad de la red de distribución durante el modo de control auxiliar de dos fases). Si la turbina eólica está equipada con un sistema de control de paso de pala, la disminución de eficiencia puede compensarse en parte ajustando el ángulo de paso de las palas de rotor al tiempo que cambia la velocidad de rotor. The considerations set forth herein are based on the assumption that the available wind power (Pw) remains constant during the two-phase auxiliary control mode. On that assumption, the decrease in rotor speed during overproduction causes the wind turbine to deviate from the optimum operating point, accepting a (relatively slight) loss of efficiency (which means that, in fact, the operation of the turbine Wind is just the opposite of "Rostock items": normal operation at a point of operation with maximum efficiency, producing a deviation (negative) with respect to the normal operating point only while the activity is carried out to support stability of the distribution network during the two-phase auxiliary control mode). If the wind turbine is equipped with a blade pitch control system, the decrease in efficiency can be partially compensated by adjusting the pitch angle of the rotor blades while changing the rotor speed.
La velocidad de rotor, sin embargo, no disminuirá por debajo de un determinado valor mínimo. Este umbral puede estar relacionado con parámetros de construcción de la turbina eólica, por ejemplo el rango de funcionamiento del generador o convertidor de la turbina eólica, o con consideraciones de eficiencia, en particular, con la potencia eléctrica mínima que debería producirse a la red de distribución eléctrica durante el posterior funcionamiento. Como The rotor speed, however, will not decrease below a certain minimum value. This threshold may be related to wind turbine construction parameters, for example the operating range of the wind turbine generator or converter, or with efficiency considerations, in particular, with the minimum electrical power that should be produced to the grid. electrical distribution during subsequent operation. How
muy tarde, cuando la velocidad de rotación de rotor alcanza este valor mínimo, el controlador finaliza el periodo de sobreproducción e inicia el periodo de recuperación. very late, when the rotor rotation speed reaches this minimum value, the controller ends the overproduction period and starts the recovery period.
El periodo de recuperación está caracterizado por dos tareas que son básicamente contrarias entre sí. Por otro lado, la red de distribución eléctrica puede aún no ser estable (es decir todavía hay más consumo de potencia de la red de distribución de la que se alimenta a la misma) de modo que aún está presente la necesidad de una determinada potencia eléctrica de salida. Por otro lado, debido a la disminución de velocidad de rotor, la turbina eólica está funcionando a un punto de funcionamiento subóptimo y por tanto no puede generar tanta potencia eléctrica como antes del periodo de sobreproducción. Por tanto, hay un conflicto entre la estabilidad de la red de distribución eléctrica a medio plazo y la reaceleración del rotor para una producción de potencia a largo plazo eficiente. The recovery period is characterized by two tasks that are basically contrary to each other. On the other hand, the electrical distribution network may not yet be stable (that is, there is still more power consumption of the distribution network than is fed to it) so that the need for a certain electrical power is still present output On the other hand, due to the decrease in rotor speed, the wind turbine is operating at a suboptimal operating point and therefore cannot generate as much electrical power as before the overproduction period. Therefore, there is a conflict between the stability of the electricity distribution network in the medium term and the rotor re-acceleration for efficient long-term power production.
Según la presente invención, en esta segunda fase del modo de control auxiliar, la turbina eólica produce al menos un mínimo predeterminado de potencia eléctrica (Pemin) a la red de distribución eléctrica. Eso significa que la potencia eléctrica de salida Pe no disminuye por debajo de este umbral predeterminado Pemin por la duración completa del periodo de recuperación (y por tanto, en cualquier punto en el tiempo durante el periodo de recuperación la potencia eléctrica de salida está en o por encima del valor mínimo predeterminado). De ese modo, la turbina eólica sigue contribuyendo a la estabilidad de la red de distribución eléctrica. Al mismo tiempo, el rotor vuelve a acelerarse de nuevo usando la potencia mecánica restante del rotor (Pacc). Eso significa que, en general, no se convierte toda la potencia mecánica de rotor (Pm) en potencia eléctrica (Pe) durante el periodo de recuperación. Dependiendo de la asignación de la potencia mecánica de rotor disponible (Pm) a la parte usada para generar la potencia eléctrica de salida (Pe) y la parte usada para la reaceleración del rotor (Pacc), la reaceleración puede llevar una cantidad de tiempo significativa. Por ejemplo, es posible que, durante un determinado periodo de tiempo, todo el suministro de potencia mecánica de rotor (Pm) se convierta a potencia eléctrica de salida (Pe) y que el rotor no se acelere en absoluto, de modo que el periodo de recuperación puede prolongarse adicionalmente. According to the present invention, in this second phase of the auxiliary control mode, the wind turbine produces at least a predetermined minimum of electrical power (Pemin) to the electrical distribution network. That means that the electrical output power Pe does not decrease below this predetermined threshold Pemin for the entire duration of the recovery period (and therefore, at any point in time during the recovery period the electrical output power is at or above the default minimum value). Thus, the wind turbine continues to contribute to the stability of the electricity distribution network. At the same time, the rotor is accelerated again using the remaining mechanical power of the rotor (Pacc). That means that, in general, not all mechanical rotor power (Pm) is converted into electrical power (Pe) during the recovery period. Depending on the allocation of the available mechanical rotor power (Pm) to the part used to generate the electrical output power (Pe) and the part used for rotor re-acceleration (Pacc), the re-acceleration can take a significant amount of time . For example, it is possible that, during a certain period of time, the entire mechanical rotor power supply (Pm) is converted to electrical output power (Pe) and that the rotor does not accelerate at all, so that the period Recovery can be extended further.
Los periodos de sobreproducción y de recuperación constituyen un modo de control no periódico. Como en este caso el foco está en la estabilidad de la red de distribución (en contraposición a una rápida reaceleración del rotor), el periodo de recuperación generalmente será más largo que el periodo de sobreproducción. Además, tras haberse terminado el periodo de recuperación, generalmente habrá una fase de control y funcionamiento de turbina eólica normal durante un tiempo indefinido. Solo cuando el controlador detecta otro evento de indicación (que, desde la perspectiva de la turbina eólica, puede ocurrir en cualquier punto arbitrario en el tiempo) el controlador inicia otra fase de sobreproducción. Por tanto, no hay un proceso continuo como periodos de sobreproducción y de recuperación alternantes o reentrada en una fase de sobreproducción tras un intervalo predeterminado después del periodo de recuperación anterior. The overproduction and recovery periods constitute a non-periodic control mode. As in this case the focus is on the stability of the distribution network (as opposed to a rapid re-acceleration of the rotor), the recovery period will generally be longer than the overproduction period. In addition, after the recovery period is over, there will usually be a normal wind turbine control and operation phase for an indefinite period. Only when the controller detects another indication event (which, from the perspective of the wind turbine, can occur at any arbitrary point in time) does the controller initiate another overproduction phase. Therefore, there is no continuous process such as alternating overproduction and recovery periods or reentry into an overproduction phase after a predetermined interval after the previous recovery period.
El valor mínimo de potencia eléctrica de salida (Pemin) durante el periodo de recuperación podría determinarse teóricamente como valor de potencia absoluto. Sin embargo, como las turbinas eólicas funcionan en condiciones de viento variables y, por consiguiente, la turbina eólica según la invención también realiza la actividad para dar soporte a la estabilidad de la red de distribución en condiciones de viento variables, esto podría no resultar útil en la práctica. Por tanto, en algunas configuraciones adicionales opcionales de la invención, Pemin se define como un porcentaje fijo de la potencia eléctrica de funcionamiento que estaba suministrándose a la red de distribución eléctrica en el momento en que la turbina entró en el periodo de sobreproducción (Pe0). En otras variantes, se eligen otros valores de referencia, por ejemplo un valor promedio de la potencia de funcionamiento dentro de una determinada ventana de tiempo antes del inicio del periodo de sobreproducción, la potencia eléctrica nominal de funcionamiento de la turbina eólica (Pnom) o la potencia eléctrica normal correspondiente a la potencia eólica actualmente disponible (en el periodo de recuperación). The minimum value of electrical output power (Pemin) during the recovery period could theoretically be determined as an absolute power value. However, as wind turbines operate under variable wind conditions and, consequently, the wind turbine according to the invention also performs the activity to support the stability of the distribution network under variable wind conditions, this may not prove useful. in practice. Therefore, in some additional optional configurations of the invention, Pemin is defined as a fixed percentage of the operating electrical power that was being supplied to the electrical distribution network at the time the turbine entered the overproduction period (Pe0) . In other variants, other reference values are chosen, for example an average value of the operating power within a certain time window before the start of the overproduction period, the nominal electric operating power of the wind turbine (Pnom) or the normal electric power corresponding to the wind power currently available (in the recovery period).
En algunas opciones de configuración adicionales, la potencia eléctrica de salida mínima (Pemin) durante el periodo de recuperación equivale al 80% de la potencia eléctrica de funcionamiento que se suministraba a la red de distribución eléctrica antes del periodo de sobreproducción (Pe0). En otras realizaciones, el umbral se establece al 85% o 90% del Pe0. Es posible elegir un valor incluso mayor, por ejemplo el 95% del Pe0. Entonces, se da soporte a la red de distribución eléctrica a un nivel superior durante el periodo de recuperación. Sin embargo, entonces la potencia restante disponible para la reaceleración del rotor es correspondientemente más pequeña de modo que la recuperación se prolonga y la turbina eólica funciona a un punto de funcionamiento subóptimo durante un tiempo más largo. In some additional configuration options, the minimum output electrical power (Pemin) during the recovery period is equivalent to 80% of the operating electrical power that was supplied to the electricity distribution network before the overproduction period (Pe0). In other embodiments, the threshold is set at 85% or 90% of Pe0. It is possible to choose an even greater value, for example 95% of Pe0. Then, the electricity distribution network is supported at a higher level during the recovery period. However, then the remaining power available for rotor re-acceleration is correspondingly smaller so that the recovery is prolonged and the wind turbine operates at a suboptimal operating point for a longer time.
En algunas configuraciones adicionales, el controlador está dispuesto no solo para garantizar que la potencia eléctrica de salida no disminuye por debajo del mínimo predeterminado durante el periodo de recuperación, sino también para controlar la potencia usada para la reaceleración del rotor (Pacc). Como resultado, el controlador puede garantizar que la aceleración del rotor no disminuye por debajo de un determinado valor mínimo. Además, de ese modo resulta posible estimar (de manera continua o periódica) la duración restante del periodo de recuperación. In some additional configurations, the controller is arranged not only to ensure that the electrical output power does not decrease below the predetermined minimum during the recovery period, but also to control the power used for rotor re-acceleration (Pacc). As a result, the controller can guarantee that the rotor acceleration does not decrease below a certain minimum value. Furthermore, it is thus possible to estimate (continuously or periodically) the remaining duration of the recovery period.
Con el fin de poder controlar la potencia de aceleración del rotor (Pacc), la turbina eólica comprende un equipo de detección para medir la velocidad de rotación del rotor y la velocidad del viento, el momento en las raíces de pala y/o el par de torsión en el árbol de rotor en algunas configuraciones opcionales de la presente invención. La aceleración del rotor puede controlarse entonces mediante el controlador midiendo (de manera continua o periódica) estos parámetros y calculando la potencia mecánica de rotor disponible (Pm) a partir de al menos esos parámetros In order to be able to control the acceleration power of the rotor (Pacc), the wind turbine comprises a detection device to measure the rotor rotation speed and wind speed, the moment at the blade roots and / or the torque of torsion in the rotor shaft in some optional configurations of the present invention. The rotor acceleration can then be controlled by the controller by measuring (continuously or periodically) these parameters and calculating the available mechanical rotor power (Pm) from at least those parameters
medidos. Por tanto, el controlador siempre “conoce” la potencia mecánica disponible y puede segmentarla en las dos partes durante el periodo de recuperación, concretamente la primera parte que se usa para la conversión en potencia eléctrica de salida y que garantiza que la potencia de salida no disminuye por debajo del umbral inferior dado, y la segunda parte que se usa para la reaceleración del rotor hasta su velocidad nominal. Como resultado, son posibles pronósticos más específicos en lo que se refiere a la duración restante del periodo de recuperación. measured. Therefore, the controller always "knows" the available mechanical power and can segment it into the two parts during the recovery period, specifically the first part that is used for the conversion into electrical output power and which guarantees that the output power does not it decreases below the given lower threshold, and the second part that is used for rotor re-acceleration to its nominal speed. As a result, more specific forecasts are possible with regard to the remaining duration of the recovery period.
El periodo de sobreproducción no tiene que durar hasta que se haya alcanzado realmente la velocidad de rotación mínima de rotor predeterminada (min). Por ejemplo, cuando la red de distribución eléctrica recobra su estabilidad rápidamente, el periodo de recuperación puede iniciarse antes puesto que ya no hay necesidad de inyectar un aumento de potencia eléctrica en la red de distribución eléctrica. Además, puede existir un límite de tiempo predeterminado para la duración del periodo de sobreproducción con el fin de proteger la turbina eólica de un aumento de producción de potencia eléctrica demasiado amplio (por ejemplo para impedir un sobrecalentamiento de los componentes de conversión de potencia). Por tanto, cuando se alcanza un límite de tiempo de este tipo para el aumento de producción de potencia eléctrica, el periodo de recuperación también puede iniciarse antes de alcanzar la velocidad de rotación mínima de rotor (min). Otra condición (adicional) para entrar en el periodo de recuperación podría ser un límite superior de la cantidad de energía adicional proporcionada a la red de distribución eléctrica durante el periodo de sobreproducción. Finalmente, la turbina eólica puede disponerse para interrumpir el aumento de producción de potencia eléctrica y para entrar en el periodo de recuperación en respuesta a señales de control o eventos externos, por ejemplo estipulaciones recibidas del operador de red de distribución o una entidad de control de orden superior. The overproduction period does not have to last until the predetermined minimum rotor rotation speed (min) has actually been reached. For example, when the electricity distribution network regains its stability quickly, the recovery period can be started earlier since there is no longer a need to inject an increase in electrical power into the electricity distribution network. In addition, there may be a predetermined time limit for the duration of the overproduction period in order to protect the wind turbine from an increase in electrical power production that is too large (for example to prevent overheating of the power conversion components). Therefore, when such a time limit is reached for the increase in electrical power production, the recovery period can also be started before reaching the minimum rotor rotation speed (min). Another (additional) condition for entering the recovery period could be an upper limit of the amount of additional energy provided to the electricity distribution network during the overproduction period. Finally, the wind turbine can be arranged to interrupt the increase in electric power production and to enter the recovery period in response to control signals or external events, for example stipulations received from the distribution network operator or a control entity of higher order
Además, en algunas variantes, se establece un periodo de tiempo en el que la velocidad de rotor recobra su velocidad nominal (lo que marca el final del periodo de recuperación). Entonces el controlador puede variar tanto la aceleración del rotor como la potencia eléctrica de salida (Pacc y Pe), de modo que la potencia eléctrica de salida puede no sólo modularse durante el periodo de sobreproducción (como se comentó anteriormente), sino también durante el periodo de recuperación con el fin de permitir que la turbina eólica contribuya a la estabilidad de la red de distribución en concordancia con las características de la inestabilidad (por ejemplo, en respuesta a señales de control proporcionadas por mediciones de red de distribución o el operador de red de distribución eléctrica), siempre que se cumplan ambos requisitos previos (valor de potencia eléctrica mínima Pemin y límite de tiempo para alcanzar la velocidad normal de rotor). Las mediciones de velocidad de rotor y del viento, momento y par de torsión y los cálculos de potencia mecánica de rotor mencionados anteriormente pueden usarse para garantizar que se cumplen estas limitaciones. In addition, in some variants, a period of time is established in which the rotor speed recovers its nominal speed (which marks the end of the recovery period). Then the controller can vary both the acceleration of the rotor and the electrical output power (Pacc and Pe), so that the electrical output power can not only be modulated during the overproduction period (as discussed above), but also during the recovery period in order to allow the wind turbine to contribute to the stability of the distribution network in accordance with the characteristics of the instability (for example, in response to control signals provided by distribution network measurements or the operator of electrical distribution network), provided that both prerequisites are met (minimum electrical power value Pemin and time limit to reach normal rotor speed). The rotor and wind speed, torque and torque measurements and the mechanical rotor power calculations mentioned above can be used to ensure that these limitations are met.
En algunas opciones de configuración adicionales, el controlador está dispuesto para controlar la velocidad de rotor y/o la potencia eléctrica de salida según una función (matemática) predeterminada o un algoritmo de control adecuado para la estabilidad de la red de distribución. Preferiblemente, ambos parámetros aumentan según un gradiente predeterminado. El gradiente no tiene que ser constante o uniforme durante todo el periodo de recuperación. Por ejemplo, es posible que durante una primera sección del periodo de recuperación, la potencia eléctrica de salida (Pe) no aumente en absoluto (sino que, por ejemplo sea igual al valor mínimo predeterminado) y sólo aumente la potencia de aceleración (Pacc). La potencia adicional que se obtiene como resultado de aumentar la eficiencia al tiempo que se aumenta la velocidad de rotor, en este ejemplo, se invierte completamente en la aceleración del rotor de modo que (suponiendo una velocidad del viento constante) la aceleración del rotor aumenta más y más. Solo en una segunda sección del periodo de recuperación, Pe aumenta de tal modo que la aceleración del rotor puede no aumentar adicionalmente (e incluso podría disminuir de nuevo). De este modo, el periodo de recuperación podría mantenerse relativamente corto. También es posible que ambos parámetros se controlen y aumenten de manera no lineal, por ejemplo dependiendo de la curva de eficiencia de la turbina eólica. Adicionalmente, el controlador puede disponerse para controlar la potencia eléctrica de salida para proporcionar una transición suave entre el periodo de sobreproducción y el periodo de recuperación. Eso significa que al final del periodo de sobreproducción, la potencia eléctrica de salida no se reduce de manera repentina, sino que la reducción lleva una determinada cantidad de tiempo. Mediante tal transición “suave” pueden evitarse los impactos negativos en la red de distribución eléctrica y/o la turbina eólica. In some additional configuration options, the controller is arranged to control the rotor speed and / or the electrical output power according to a predetermined (mathematical) function or a control algorithm suitable for the stability of the distribution network. Preferably, both parameters increase according to a predetermined gradient. The gradient does not have to be constant or uniform throughout the recovery period. For example, it is possible that during a first section of the recovery period, the electrical output power (Pe) does not increase at all (but, for example, is equal to the predetermined minimum value) and only increases the acceleration power (Pacc) . The additional power that is obtained as a result of increasing efficiency while increasing rotor speed, in this example, is completely reversed in rotor acceleration so that (assuming a constant wind speed) rotor acceleration increases more and more. Only in a second section of the recovery period, Pe increases in such a way that the acceleration of the rotor may not increase further (and may even decrease again). In this way, the recovery period could be kept relatively short. It is also possible that both parameters are controlled and increased non-linearly, for example depending on the efficiency curve of the wind turbine. Additionally, the controller can be arranged to control the electrical output power to provide a smooth transition between the overproduction period and the recovery period. That means that at the end of the overproduction period, the electrical output power is not reduced suddenly, but that the reduction takes a certain amount of time. By such a "smooth" transition, negative impacts on the electricity distribution network and / or the wind turbine can be avoided.
Generalmente, el periodo de recuperación será de mayor duración que el periodo de sobreproducción. En el periodo de sobreproducción, la potencia eléctrica de salida aumenta, por ejemplo en respuesta a información contenida en el evento de indicación tal como la magnitud de una disminución de frecuencia, el gradiente de frecuencia o el ángulo de tensión de terminal, o a señales de control adicionales recibidas por el controlador durante el periodo de sobreproducción en curso. La mayor duración posible del periodo de sobreproducción depende generalmente de la energía cinética almacenada en el rotor y la velocidad de rotación mínima de rotor. Una duración factible podría ser, por ejemplo, de 10 segundos. Con el fin de seguir contribuyendo a la estabilidad de la red de distribución durante el periodo de recuperación, generalmente no se pone en práctica volver a acelerar el rotor hasta su velocidad normal dentro del mismo periodo de tiempo (relativamente corto). Por otro lado, el periodo de recuperación tampoco debería extenderse demasiado, ya que la turbina eólica funciona con una eficiencia subóptima durante este periodo de tiempo. Por tanto, en algunas opciones de configuración adicionales, el periodo de recuperación es preferiblemente cinco veces más largo que el periodo de sobreproducción. En otras variantes, el factor es solo tres, y en aun otras configuraciones, el periodo de recuperación es dos veces tan largo como el periodo de sobreproducción. Generally, the recovery period will be longer than the overproduction period. In the overproduction period, the electrical output power increases, for example in response to information contained in the indication event such as the magnitude of a frequency decrease, the frequency gradient or the terminal voltage angle, or signals of Additional controls received by the controller during the current overproduction period. The longest possible duration of the overproduction period generally depends on the kinetic energy stored in the rotor and the minimum rotor rotation speed. A feasible duration could be, for example, 10 seconds. In order to continue contributing to the stability of the distribution network during the recovery period, it is generally not practiced to accelerate the rotor back to its normal speed within the same (relatively short) period of time. On the other hand, the recovery period should not be extended too much, since the wind turbine operates with suboptimal efficiency during this period of time. Therefore, in some additional configuration options, the recovery period is preferably five times longer than the overproduction period. In other variants, the factor is only three, and in still other configurations, the recovery period is twice as long as the overproduction period.
En algunas configuraciones adicionales opcionales, la turbina eólica comprende un sistema de control de paso. El In some optional additional configurations, the wind turbine comprises a step control system. He
controlador está dispuesto entonces para ajustar el ángulo de paso de las palas de rotor durante todo el modo de soporte de estabilidad de la red de distribución auxiliar para mitigar la reducción de eficiencia de la generación de potencia eléctrica de salida que se provoca por la desviación con respecto al punto de funcionamiento normal. En particular, las palas de rotor pueden ajustarse durante el periodo de sobreproducción de modo que se compensa el ángulo de ataque del viento subóptimo (que provoca la deceleración del rotor). Como efecto, la deceleración del rotor podría reducirse en cierta medida. Por consiguiente, durante el periodo de recuperación, pueden ajustarse los ángulos de paso al tiempo que vuelve a acelerarse el rotor de modo que, de nuevo, el ángulo de ataque del viento se ajusta al aumento de velocidad de rotor. Evidentemente, el sistema de control de paso también puede responder a otros factores cambiantes no relacionados con el modo de soporte de estabilidad de la red de distribución específico tal como velocidades y/o direcciones del viento cambiantes. The controller is then arranged to adjust the pitch angle of the rotor blades during the entire stability support mode of the auxiliary distribution network to mitigate the efficiency reduction of the generation of electrical output power that is caused by the deviation with with respect to the normal operating point. In particular, the rotor blades can be adjusted during the overproduction period so that the angle of attack of the suboptimal wind (which causes the rotor to decelerate) is compensated. As an effect, the deceleration of the rotor could be reduced to some extent. Therefore, during the recovery period, the angles of passage can be adjusted while the rotor is accelerated again so that, again, the angle of attack of the wind is adjusted to the increase in rotor speed. Of course, the step control system can also respond to other changing factors not related to the stability support mode of the specific distribution network such as changing wind speeds and / or directions.
A diferencia del funcionamiento en modo de carga parcial, en el que la turbina eólica funciona generalmente a un punto de funcionamiento optimizado, en modo a plena carga (es decir cuando la potencia eólica disponible Pw está correlacionada con una potencia eléctrica de funcionamiento Pe superior a la potencia de funcionamiento nominal de la turbina eólica Pnom) el control de turbina eólica limita la potencia de funcionamiento de la turbina. Esto se consigue, por ejemplo, girando las palas de rotor hacia el viento, es decir en la dirección de la posición de bandera de modo que las palas estén al menos parcialmente en una posición de bandera (la “posición de bandera” es la posición de las palas en la que el ángulo de ataque del viento es cero. Una “posición de bandera parcial” significa que las palas están en una posición entre el ángulo de ataque del viento óptimo y la posición de bandera de modo que el ángulo de ataque del viento es menor que el normal. El término “puesta en bandera” indica el grado al que se giran las palas hacia la dirección de la posición de bandera.). Eso significa que se reduce el ángulo de ataque del viento y, como consecuencia, las fuerzas de sustentación (en comparación con la colocación de las palas en modo de carga parcial) lo que da como resultado la limitación de potencia eléctrica de salida deseada. En algunas configuraciones adicionales de la invención, cuando la turbina eólica está funcionando en un modo a plena carga, el sistema de regulación de paso se usa durante el periodo de sobreproducción para reducir la cantidad de puesta en bandera de las palas (es decir para volver a aumentar el ángulo de ataque del viento). Con esta medida adicional, las fuerzas de sustentación en las palas aumentan de modo que la potencia de salida eólica disponible adicional se utiliza para el modo de control auxiliar. Este soporte adicional puede usarse, por ejemplo, para aumentar la potencia de sobreproducción (Pop) y/o para ralentizar la deceleración del rotor y por tanto extender el periodo de sobreproducción. Por consiguiente, durante el periodo de recuperación, puede aplicarse para aumentar la potencia eléctrica de salida y/o para aumentar la reaceleración del rotor, es decir para aumentar la potencia de aceleración (Pacc), para acortar el periodo de recuperación. Unlike the operation in partial load mode, in which the wind turbine generally operates at an optimized operating point, in full load mode (i.e. when the available wind power Pw is correlated with an electrical operating power Pe greater than The nominal operating power of the Pnom wind turbine) The wind turbine control limits the operating power of the turbine. This is achieved, for example, by rotating the rotor blades towards the wind, that is in the direction of the flag position so that the blades are at least partially in a flag position (the "flag position" is the position of the blades in which the angle of attack of the wind is zero A "partial flag position" means that the blades are in a position between the optimum angle of attack of the wind and the flag position so that the angle of attack of wind is less than normal The term "flagging" indicates the degree to which the blades are turned towards the direction of the flag position.). That means that the angle of attack of the wind is reduced and, as a consequence, the lift forces (compared to the placement of the blades in partial load mode) which results in the desired output power limitation. In some additional configurations of the invention, when the wind turbine is operating in a full load mode, the pitch regulation system is used during the overproduction period to reduce the amount of flagging of the blades (i.e. to return to increase the angle of attack of the wind). With this additional measure, the lift forces on the blades increase so that the additional available wind output power is used for the auxiliary control mode. This additional support can be used, for example, to increase the overproduction power (Pop) and / or to slow down the deceleration of the rotor and therefore extend the overproduction period. Therefore, during the recovery period, it can be applied to increase the electrical output power and / or to increase the rotor's acceleration, that is to increase the acceleration power (Pacc), to shorten the recovery period.
Para la conexión de la turbina eólica de velocidad variable a una red de distribución eléctrica, la frecuencia del subsistema eléctrico de la turbina eólica y la red de distribución eléctrica están desacopladas. En general, existen dos modos de conseguir esto. En primer lugar, el generador de la turbina eólica puede desacoplarse completamente de la red de distribución eléctrica mediante el uso de un convertidor de frecuencia de escala completa. El generador produce entonces CA de frecuencia variable, que se rectifica mediante un rectificador, y la CC resultante se convierte entonces a CA con la frecuencia de la red de distribución generalmente constante (50 Hz en Europa). La segunda alternativa es un generador de inducción de doble alimentación (DFIG). En este caso, el devanado del estator del generador (asíncrono) se conecta directamente a la red, es decir no se usa un convertidor para esta conexión. El campo de excitación producido por el rotor del generador gira en relación con el rotor del generador con una velocidad variable. La velocidad de rotor (variable) se compensa ajustando de manera correspondiente la velocidad del campo de excitación en relación con el rotor. Como resultado, la suma de las dos velocidades, es decir la velocidad del campo de excitación en relación con el estator siempre es un valor constante adaptado a la frecuencia fija de la red de distribución. Un convertidor solo es necesario en este caso para producir las corrientes de campo de excitación (= las corrientes de rotor) con frecuencias variables. For the connection of the variable speed wind turbine to an electrical distribution network, the frequency of the electrical subsystem of the wind turbine and the electrical distribution network are decoupled. In general, there are two ways to achieve this. First, the wind turbine generator can be completely decoupled from the electrical distribution network by using a full-scale frequency converter. The generator then produces variable frequency AC, which is rectified by a rectifier, and the resulting DC is then converted to AC with the frequency of the generally constant distribution network (50 Hz in Europe). The second alternative is a double power induction generator (DFIG). In this case, the generator stator winding (asynchronous) is connected directly to the network, that is, a converter is not used for this connection. The excitation field produced by the generator rotor rotates in relation to the generator rotor with a variable speed. The rotor speed (variable) is compensated by correspondingly adjusting the speed of the excitation field in relation to the rotor. As a result, the sum of the two speeds, that is the speed of the excitation field in relation to the stator is always a constant value adapted to the fixed frequency of the distribution network. A converter is only necessary in this case to produce the excitation field currents (= rotor currents) with variable frequencies.
Por consiguiente, en algunas configuraciones adicionales de la invención, el generador eléctrico de la turbina eólica es un generador que tiene un convertidor de escala completa. En esta solución, se usa a menudo un generador síncrono. Debido al desacoplamiento completo por el convertidor de escala completa, la velocidad de rotor mínima de la turbina eólica (min) a la que el controlador inicia el periodo de recuperación no está limitada por la conexión a la red de distribución de la turbina eólica. En cambio, la limitación (sólo) se establece por la potencia eléctrica de salida mínima que (al menos) mantiene la turbina eólica durante el periodo de recuperación y la potencia mecánica adicional (Pacc) que se necesita para la reaceleración del rotor. Accordingly, in some additional configurations of the invention, the wind turbine electric generator is a generator that has a full scale converter. In this solution, a synchronous generator is often used. Due to the complete decoupling by the full-scale converter, the minimum rotor speed of the wind turbine (min) at which the controller starts the recovery period is not limited by the connection to the distribution network of the wind turbine. On the other hand, the limitation (only) is established by the minimum output electric power that (at least) is maintained by the wind turbine during the recovery period and the additional mechanical power (Pacc) that is needed for the rotor's re-acceleration.
En otras configuraciones de la turbina eólica se usa un DFIG. En este caso, el rango de funcionamiento del convertidor puede estar limitado por la velocidad de rotación del generador de modo que la velocidad de rotación del rotor del generador (y por tanto la velocidad de rotación del rotor de la turbina eólica) puede no disminuir indefinidamente mientras se supone que la turbina eólica genera una determinada cantidad de potencia eléctrica. Por tanto, en estas configuraciones, este umbral de rango de velocidad inferior dependiente de la construcción, del DFIG, puede aplicarse como umbral adicional para el valor de velocidad de rotor mínimo (min) al que se inicia el periodo de recuperación (además del criterio de la potencia mecánica (Pm) que es necesaria para proporcionar tanto la potencia eléctrica de salida mínima que mantiene la turbina eólica durante el periodo de recuperación como la reaceleración del rotor deseada). El criterio con el que el funcionamiento de la turbina eólica llega en primer lugar durante el periodo de sobreproducción (es decir el mayor de los dos valores) define el momento más tardío de la In other wind turbine configurations a DFIG is used. In this case, the operating range of the converter may be limited by the speed of rotation of the generator so that the rotation speed of the generator rotor (and therefore the rotation speed of the wind turbine rotor) may not decrease indefinitely. while it is assumed that the wind turbine generates a certain amount of electric power. Therefore, in these configurations, this construction-dependent lower speed range threshold of the DFIG can be applied as an additional threshold for the minimum rotor speed value (min) at which the recovery period begins (in addition to the mechanical power criterion (Pm) that is necessary to provide both the minimum output electrical power maintained by the wind turbine during the recovery period and the desired rotor re-acceleration). The criterion with which the operation of the wind turbine comes first during the period of overproduction (that is, the greater of the two values) defines the latest moment of the
potencia eléctrica de salida adicional. additional power output.
Las consideraciones anteriores se basaron generalmente en la suposición de potencia eólica constante durante los periodos de sobreproducción y de recuperación. Los cambios en la velocidad del viento tendrán impactos adicionales sobre el funcionamiento de la turbina eólica durante el modo de soporte de estabilidad de la red de distribución auxiliar según la invención. Por ejemplo, una disminución de la velocidad del viento durante la fase de sobreproducción puede provocar una llegada más temprana a la velocidad de rotor mínima predeterminada de modo que realmente se producirá menos trabajo eléctrico a la red de distribución (en comparación con la velocidad del viento constante), mientras que un aumento de la velocidad del viento puede tener el efecto contrario. El valor de la velocidad de rotor mínima (min) también podría determinarse dependiendo de la velocidad del viento, por ejemplo dependiendo de la velocidad del viento promedio a lo largo del periodo de sobreproducción u otra ventana de tiempo dada. Además, una disminución de la potencia eólica durante el periodo de recuperación puede conducir a un retraso de la reaceleración del rotor, mientras que un aumento permitirá que la turbina eólica vuelva a acelerar el rotor más rápido en comparación con el funcionamiento en el periodo de recuperación convencional. Las variaciones de la velocidad del viento también pueden tener impacto sobre una modulación deseada de la salida eléctrica durante el periodo de sobreproducción y de recuperación. The above considerations were generally based on the assumption of constant wind power during periods of overproduction and recovery. Changes in wind speed will have additional impacts on the operation of the wind turbine during the stability support mode of the auxiliary distribution network according to the invention. For example, a decrease in wind speed during the overproduction phase may cause an earlier arrival at the predetermined minimum rotor speed so that less electrical work will actually occur to the distribution network (compared to wind speed constant), while an increase in wind speed can have the opposite effect. The value of the minimum rotor speed (min) could also be determined depending on the wind speed, for example depending on the average wind speed over the overproduction period or another given time window. In addition, a decrease in wind power during the recovery period may lead to a delay in rotor re-acceleration, while an increase will allow the wind turbine to accelerate the rotor faster compared to operation in the recovery period. conventional. Variations in wind speed can also have an impact on a desired modulation of the electrical output during the overproduction and recovery period.
La presente invención permite que las turbinas eólicas contribuyan de manera más eficiente a la estabilidad de la red de distribución eléctrica. En particular, como las turbinas eólicas pueden reaccionar relativamente rápido ante disminuciones de frecuencia de la red de distribución (en comparación con, por ejemplo, un control de potencia primario por parte de centrales hidráulicas, de gas o de vapor) puede usarse para evitar el hueco hasta que actúan las centrales de generación de potencia más lentas. The present invention allows wind turbines to contribute more efficiently to the stability of the electricity distribution network. In particular, as wind turbines can react relatively quickly to decreases in frequency of the distribution network (compared to, for example, a primary power control by hydraulic, gas or steam plants) can be used to prevent hollow until the slower power generation plants operate.
Finalmente, la invención permite a los operadores de red de distribución calcular o estimar el soporte de estabilidad de la red de distribución que puede esperarse de turbinas eólicas para diferentes condiciones de la red de distribución y velocidades del viento. Finally, the invention allows distribution network operators to calculate or estimate the stability support of the distribution network that can be expected from wind turbines for different conditions of the distribution network and wind speeds.
Descripción detallada de realizaciones Detailed description of achievements
La figura 1 ilustra el conjunto de una turbina eólica de velocidad variable 1 esquemáticamente. Comprende un rotor 2 que alimenta un generador eléctrico 9 por medio de un engranaje de velocidad variable (caja de engranajes) 7. El generador 9 produce potencia eléctrica que se suministra a una red de distribución eléctrica 17 (no mostrada en la figura 1) por medio de la línea eléctrica 16. Un controlador 10 es responsable de controlar los subsistemas de la turbina eólica 1 dependiendo de las condiciones ambientales como velocidad y dirección del viento y demanda de potencia eléctrica. Figure 1 illustrates the assembly of a wind turbine of variable speed 1 schematically. It comprises a rotor 2 that feeds an electric generator 9 by means of a variable speed gear (gearbox) 7. The generator 9 produces electric power that is supplied to an electric distribution network 17 (not shown in Figure 1) by middle of the power line 16. A controller 10 is responsible for controlling the subsystems of the wind turbine 1 depending on environmental conditions such as wind speed and direction and demand for electric power.
El rotor 2 comprende un buje de rotor 4 y palas 3. En algunas realizaciones, la turbina eólica 1 incorpora un sistema de control de paso 6 con el que pueden hacerse pivotar las palas 3 alrededor de su eje longitudinal. Por tanto, es posible, por ejemplo, disminuir la fuerza del viento que tiene un efecto sobre las palas 3 (par de torsión) girándolas hacia el viento. La velocidad de rotación del rotor  se ajusta dependiendo de la velocidad del viento predominante (es decir la turbina eólica es una turbina eólica de velocidad variable, abreviada comúnmente como: VSWT). Las velocidades de rotor están, por ejemplo, en el intervalo de entre 10 y 20 revoluciones por minuto. Conectada al rotor 2 se encuentra una caja de engranajes 7 que sirve para convertir la velocidad de rotación de rotor  relativamente lenta en una velocidad de rotación más elevada del rotor del generador 9 (en otras realizaciones, la turbina eólica 1 no tiene una caja de engranajes, pero evidentemente está dispuesta también para realizar la actividad para dar soporte a la estabilidad de la red de distribución). El freno 8 permite disminuir la velocidad de rotor, por ejemplo, con el fin de detener la turbina eólica 1. Los subsistemas mecánicos, eléctricos y de control internos están alojados en una góndola 5 que está montada sobre la torre 15. The rotor 2 comprises a rotor hub 4 and blades 3. In some embodiments, the wind turbine 1 incorporates a step control system 6 with which the blades 3 can be pivoted about its longitudinal axis. Therefore, it is possible, for example, to decrease the force of the wind that has an effect on the blades 3 (torque) by turning them towards the wind. The rotor rotation speed  is adjusted depending on the prevailing wind speed (i.e. the wind turbine is a variable speed wind turbine, commonly abbreviated as: VSWT). Rotor speeds are, for example, in the range of 10 to 20 revolutions per minute. Connected to the rotor 2 is a gearbox 7 which serves to convert the relatively slow rotor rotation speed  into a higher rotation speed of the generator rotor 9 (in other embodiments, the wind turbine 1 does not have a gearbox gears, but obviously it is also arranged to perform the activity to support the stability of the distribution network). The brake 8 makes it possible to reduce the rotor speed, for example, in order to stop the wind turbine 1. The internal mechanical, electrical and control subsystems are housed in a gondola 5 that is mounted on the tower 15.
Un componente adicional de la turbina eólica 1 es, en algunas realizaciones, un equipo de detección y medición 11. Por ejemplo, un anemómetro 12 sirve para determinar la velocidad del viento actual, mientras que una veleta 13 proporciona mediciones de dirección del viento. Adicionalmente, puede proporcionarse un dispositivo de medición 36 para medir el momento en la raíz de la pala del rotor 3 y un dispositivo de medición 37 para medir la velocidad de rotación y/o par de torsión del árbol de rotor. Finalmente, en algunas realizaciones, un accionamiento de guiñada 14 permite que la góndola 5 con el rotor 2 se ajuste alrededor del eje vertical (torre) según la dirección del viento predominante. An additional component of the wind turbine 1 is, in some embodiments, a detection and measurement equipment 11. For example, an anemometer 12 serves to determine the current wind speed, while a wind vane 13 provides wind direction measurements. Additionally, a measuring device 36 can be provided to measure the momentum at the root of the rotor blade 3 and a measuring device 37 to measure the rotational speed and / or torque of the rotor shaft. Finally, in some embodiments, a yaw drive 14 allows the gondola 5 with the rotor 2 to fit around the vertical axis (tower) according to the prevailing wind direction.
El controlador 10 está dispuesto como un microprocesador con memoria asociada que ejecuta software de control. En algunas realizaciones, está dispuesto como un único componente, mientras que en otras realizaciones está compuesto por subsistemas distribuidos, por ejemplo, en forma de varios microprocesadores conectados entre sí. Está acoplado por medio de un bus a los subsistemas de la turbina eólica, en particular al generador 9, rotor 2, sistema de control de paso 6, equipo de detección 11, es decir anemómetro 12, la veleta 13 y los dispositivos de medición 36 y 37, y el accionamiento de guiñada 14. Además, está conectado al sistema de gestión 18 (no mostrado en la figura 1). The controller 10 is arranged as a microprocessor with associated memory that executes control software. In some embodiments, it is arranged as a single component, while in other embodiments it is composed of distributed subsystems, for example, in the form of several microprocessors connected to each other. It is coupled by means of a bus to the wind turbine subsystems, in particular the generator 9, rotor 2, step control system 6, detection equipment 11, ie anemometer 12, the vane 13 and the measuring devices 36 and 37, and the yaw drive 14. Furthermore, it is connected to the management system 18 (not shown in Figure 1).
La figura 2 muestra a modo de ejemplo el flujo de control de la turbina eólica 1 en más detalle. El controlador 10 recibe resultados de medición proporcionados por el equipo de detección 11 (anemómetro 12, veleta 13 y los Figure 2 shows by way of example the control flow of wind turbine 1 in more detail. The controller 10 receives measurement results provided by the detection equipment 11 (anemometer 12, vane 13 and the
dispositivos de medición 36 y 37) y parámetros de funcionamiento de la red de distribución eléctrica 17 y el generador 9. Procesa estos datos de entrada y genera señales de control que se transmiten a actuadores de los diversos subsistemas de la turbina eólica 1. Estos últimos ejecutan los comandos de control recibidos del controlador 10 y efectúan un cambio del estado del respectivo subsistema. Por ejemplo, el controlador 10 manipula la velocidad de rotor  cambiando la frecuencia de generador o variando la relación de transmisión (el flujo de control de esta última manipulación no se muestra en la figura 2). measuring devices 36 and 37) and operating parameters of the electrical distribution network 17 and the generator 9. Processes this input data and generates control signals that are transmitted to actuators of the various subsystems of the wind turbine 1. The latter they execute the control commands received from controller 10 and effect a change in the status of the respective subsystem. For example, the controller 10 manipulates the rotor speed  by changing the generator frequency or by varying the transmission ratio (the control flow of the latter manipulation is not shown in Figure 2).
Además, el controlador 10 también recibe comandos del sistema de gestión 18 que puede estar ubicado dentro o fuera de la turbina eólica 1. Se proporciona un equipo de monitorización de funcionamiento remoto 19 tal como un sistema de control de supervisión y adquisición de datos (SCADA) para supervisar el funcionamiento de la turbina eólica 1. Con esta finalidad, solicita datos sobre el estado de la turbina eólica 1 del sistema de gestión 18 y lleva a cabo una parametrización remota (es decir se transmiten comandos relacionados con ajustes de parámetro al sistema de gestión 18). In addition, the controller 10 also receives commands from the management system 18 that may be located inside or outside the wind turbine 1. Remote operation monitoring equipment 19 such as a monitoring and data acquisition control system (SCADA) is provided. ) to monitor the operation of the wind turbine 1. For this purpose, it requests data on the status of the wind turbine 1 of the management system 18 and carries out a remote parameterization (ie commands related to parameter settings are transmitted to the system management 18).
Dos tareas realizadas por el controlador 10 son de especial interés en lo que respecta a las diversas realizaciones: En primer lugar, está dispuesto para monitorizar eventos que indican la necesidad de aumentar la potencia eléctrica de salida más allá de la potencia de funcionamiento normal. Tal evento de indicación puede recibirse, por ejemplo, mediante monitorización de funcionamiento remota 19 (por medio del sistema de gestión 18) o, alternativamente, generarlo el propio controlador 10, en respuesta a mediciones de parámetros de red de distribución eléctrica tales como la frecuencia de la red de distribución (por ejemplo, proporcionados por un analizador de frecuencia de la red de distribución, no mostrado en la figura 2) o el cambio de ángulo de tensión. En segundo lugar, el controlador 10 está dispuesto para iniciar el modo de control de dos fases auxiliar según la presente invención. Two tasks performed by the controller 10 are of special interest in regard to the various embodiments: First, it is arranged to monitor events that indicate the need to increase the electrical output power beyond the normal operating power. Such an indication event can be received, for example, by remote operation monitoring 19 (via the management system 18) or, alternatively, generated by the controller 10 itself, in response to measurements of electrical distribution network parameters such as frequency of the distribution network (for example, provided by a frequency analyzer of the distribution network, not shown in Figure 2) or the change in voltage angle. Secondly, the controller 10 is arranged to initiate the auxiliary two-phase control mode according to the present invention.
La turbina eólica 1 genera potencia eléctrica cuando la velocidad del viento está dentro del rango de funcionamiento de la turbina. Su curva de producción (estática) que se ilustra a modo de ejemplo en la figura 3 (como una línea negra gruesa) en función de la velocidad de rotación de rotor  y la potencia eléctrica de salida Pe (y considerando diferentes velocidades del viento) es no lineal. Por debajo del umbral de velocidad de rotor inferior umbral, no se produce potencia eléctrica. Empezando por el umbral de velocidad de rotor inferior umbral, Pe aumenta al principio verticalmente para velocidades del viento bajas. Con el aumento de las velocidades del viento, la velocidad de rotor  aumenta según las curvas de eficiencia para las diferentes velocidades del viento hasta que se alcanza la velocidad nominal de rotor nom. Aunque el rotor 2 no se acelera adicionalmente, Pe todavía puede incrementarse (de nuevo con un aumento adicional de la velocidad del viento), hasta que se ha alcanzado la potencia eléctrica de salida nominal de la turbina eólica (Pnom = 1,0 pu (es decir unidad de potencia) en la figura 3). Como puede verse en la figura 3, la línea característica de producción se desvía de la curva óptima teóricamente posible (la línea negra delgada) en cierta medida. Sin embargo, como esta curva teórica no es factible en la práctica, el funcionamiento de la turbina eólica en la línea de producción (gruesa) se considera óptimo. Dependiendo del tipo de generador de la turbina eólica 1, su rango de funcionamiento es sin embargo dinámico en cierta medida (se marca por el área rayada en la figura 3), es decir la potencia de salida real Pe y la velocidad de rotación de rotor  pueden desviarse en cierta medida de la línea de producción estática (óptima). Wind turbine 1 generates electrical power when the wind speed is within the operating range of the turbine. Its production curve (static) is illustrated by way of example in Figure 3 (as a thick black line) as a function of the rotor rotation speed  and the electrical output power Pe (and considering different wind speeds) It is nonlinear. Below the lower rotor speed threshold threshold, no electrical power is produced. Starting with the lower threshold speed threshold  threshold, Pe initially increases vertically for low wind speeds. With increasing wind speeds, the rotor speed  increases according to the efficiency curves for the different wind speeds until the nominal rotor speed nom is reached. Although rotor 2 does not accelerate further, Pe can still be increased (again with an additional increase in wind speed), until the nominal output power of the wind turbine has been reached (Pnom = 1.0 pu ( ie power unit) in figure 3). As can be seen in Figure 3, the characteristic production line deviates from the theoretically possible optimum curve (the thin black line) to some extent. However, as this theoretical curve is not feasible in practice, the operation of the wind turbine in the (thick) production line is considered optimal. Depending on the type of wind turbine generator 1, its operating range is however dynamic to some extent (it is marked by the area streaked in Figure 3), that is, the actual output power Pe and the rotor rotation speed  may deviate to some extent from the static (optimal) production line.
A continuación se describirán tres realizaciones que ilustran diferentes funcionamientos de turbina eólica durante la fase de recuperación. Según la primera realización (figuras 4 y 5), el rotor se vuelve a acelerar usando una cantidad fija de la potencia mecánica de rotor disponible Pm que efectúa un aumento de la potencia eléctrica de salida Pe desde el comienzo del periodo de recuperación. La segunda realización (figuras 6 y 7) sigue un enfoque diferente. En este caso, Pe se mantiene al principio al nivel mínimo que se requiere durante el periodo de recuperación (Pemin). Como consecuencia, aumenta la potencia disponible para la reaceleración del rotor con el aumento de eficiencia resultante en un periodo de recuperación más corto en comparación con la primera realización. La tercera realización (figura 8, en combinación con la figura 4) es una modificación específica de la primera realización. En la primera fase del periodo de recuperación, se usa toda la potencia mecánica de rotor disponible Pm para la generación de Pe de modo que, en esta fase, el rotor no se acelera en absoluto. Solo en la segunda fase, Pe se disminuye ligeramente y el rotor se vuelve a acelerar usando la parte de Pm ahora disponible según el esquema presentado en la primera realización. Para todas las realizaciones, se supone una velocidad del viento constante durante los periodos de sobreproducción y de recuperación. Next, three embodiments illustrating different wind turbine operations during the recovery phase will be described. According to the first embodiment (Figures 4 and 5), the rotor is re-accelerated using a fixed amount of the available mechanical rotor power Pm that effects an increase in the electrical output power Pe from the beginning of the recovery period. The second embodiment (figures 6 and 7) follows a different approach. In this case, Pe is initially maintained at the minimum level that is required during the recovery period (Pemin). As a consequence, the power available for rotor re-acceleration increases with the resulting efficiency increase in a shorter recovery period compared to the first embodiment. The third embodiment (Figure 8, in combination with Figure 4) is a specific modification of the first embodiment. In the first phase of the recovery period, all available mechanical rotor power Pm is used for the generation of Pe so that, in this phase, the rotor is not accelerated at all. Only in the second phase, Pe is slightly decreased and the rotor is accelerated again using the part of Pm now available according to the scheme presented in the first embodiment. For all embodiments, a constant wind speed is assumed during periods of overproduction and recovery.
Los valores de Pe, Pm y  durante los periodos de sobreproducción y de recuperación en la primera realización se visualizan en la figura 4 (Pe es la línea continua, Pe0 la línea de trazo y punto, Pm la curva de puntos y Pemin la línea de trazo y dos puntos). Durante el funcionamiento normal, la turbina eólica funciona en el punto de funcionamiento con una eficiencia óptima, es decir la potencia de funcionamiento Pe y la velocidad de rotor  se establecen según su curva de producción (véase la figura 3). Cuando el controlador 10 detecta un evento de indicación, inicia la actividad para dar soporte a la estabilidad de la red auxiliar según la invención. En el momento en el que la turbina eólica 1 entra en la primera fase, es decir el periodo de sobreproducción, la potencia eléctrica de salida y la velocidad de rotor corresponden al punto A en la figura 4 (Pe0 y 0 donde Pe0 = 0,8 pu en el ejemplo de la primera realización). Con el inicio del periodo de sobreproducción, Pe aumenta más allá de su valor normal, desplazando el punto de funcionamiento de la turbina eólica al punto B en la figura 4. Esta potencia adicional se denomina Pop. En las realizaciones se supone que Pop es constante durante la duración del periodo de sobreproducción (como se describió anteriormente, sin embargo, también podría variarse a lo largo del tiempo). Como Pop se toma de la The values of Pe, Pm and  during the periods of overproduction and recovery in the first embodiment are shown in Figure 4 (Pe is the continuous line, Pe0 the line of stroke and point, Pm the curve of points and Pemin the line of stroke and two points). During normal operation, the wind turbine operates at the operating point with optimum efficiency, that is, the operating power Pe and the rotor speed  are set according to its production curve (see Figure 3). When the controller 10 detects an indication event, it initiates the activity to support the stability of the auxiliary network according to the invention. At the moment when the wind turbine 1 enters the first phase, that is, the overproduction period, the electrical output power and the rotor speed correspond to point A in Figure 4 (Pe0 and 0 where Pe0 = 0 , 8 pu in the example of the first embodiment). With the onset of the overproduction period, Pe increases beyond its normal value, moving the operating point of the wind turbine to point B in Figure 4. This additional power is called Pop. In the embodiments it is assumed that Pop is constant for the duration of the overproduction period (as described above, however, it could also be varied over time). How Pop is taken from the
energía cinética almacenada en el rotor 2,  disminuye con la salida en curso del aumento de potencia eléctrica de salida, de modo que el punto de funcionamiento de la turbina eólica cambia del punto B al C en la figura 4. Como también se indica en la figura 4, la potencia mecánica de rotor Pm disminuye debido al empeoramiento de eficiencia que acompaña la disminución de la velocidad de rotor (véanse las curvas de eficiencia en la figura 3). Kinetic energy stored in rotor 2,  decreases with the current output of the increase in electrical output power, so that the operating point of the wind turbine changes from point B to C in Figure 4. As also indicated in Figure 4, the mechanical rotor power Pm decreases due to the deterioration in efficiency that accompanies the decrease in rotor speed (see efficiency curves in Figure 3).
El controlador 10 mide continuamente  y monitoriza el funcionamiento del generador 9. Detiene el aumento de potencia eléctrica de salida (como muy tarde) en el momento en que se alcanza el valor mínimo respectivo min (punto C en la figura 4). La flecha del punto C al punto D marca el final de la sobreproducción y el comienzo del periodo de recuperación. Siendo la velocidad de rotación de rotor min la potencia mecánica de rotor disponible Pm es de aproximadamente 0,7 pu (en contraposición a 0,8 pu en el funcionamiento normal de turbina eólica en el punto A). Esta reducción de la cantidad de Pm disponible es ahora la base para volver a acelerar el rotor 2 mientras se sigue produciendo potencia eléctrica a la red de distribución eléctrica 17 y por tanto se vuelve a desplazar gradualmente el punto de funcionamiento de la turbina eólica 1 del punto D de vuelta al punto A. En la primera realización, se usa una cantidad de potencia constante (Pacc) para la reaceleración del rotor, en concreto aproximadamente 0,025 pu. La parte restante de la Pm disponible se usa para la producción de potencia eléctrica (se cumple: Pm -Pe = Pacc, anulando el reparto de eficiencia). Con el aumento de velocidad de rotor, la eficiencia mejora de nuevo y, por consiguiente, la potencia eléctrica de salida aumenta (mientras el rotor 2 todavía se acelera usando la Pacc constante). Durante el periodo de recuperación, Pe nunca disminuye por debajo de la potencia eléctrica de salida mínima predeterminada que se establece a modo de ejemplo a 0,65 pu en la primera realización (es decir el 81,25% de Pe0). El periodo de recuperación termina cuando la velocidad de rotor llega de nuevo a la velocidad nominal 0, y la turbina eólica 1 continúa funcionando en su punto de funcionamiento normal (punto A en la figura 4). The controller 10 continuously measures  and monitors the operation of the generator 9. It stops the increase in electrical output power (at the latest) at the moment when the respective minimum value min is reached (point C in Figure 4). The arrow from point C to point D marks the end of overproduction and the beginning of the recovery period. The rotor rotation speed min being the mechanical rotor power available Pm is approximately 0.7 pu (as opposed to 0.8 pu in normal wind turbine operation at point A). This reduction in the amount of Pm available is now the basis for re-accelerating the rotor 2 while electric power continues to be produced to the electric distribution network 17 and therefore the operating point of the wind turbine 1 of the wind turbine 1 is gradually shifted again. point D back to point A. In the first embodiment, a constant amount of power (Pacc) is used for rotor re-acceleration, specifically about 0.025 pu. The remaining part of the available Pm is used for the production of electrical power (it is fulfilled: Pm -Pe = Pacc, canceling the efficiency distribution). With increasing rotor speed, efficiency improves again and, consequently, the electrical output power increases (while rotor 2 is still accelerated using constant Pacc). During the recovery period, Pe never decreases below the predetermined minimum output electrical power that is set as an example to 0.65 pu in the first embodiment (ie 81.25% of Pe0). The recovery period ends when the rotor speed returns to the nominal speed 0, and the wind turbine 1 continues to operate at its normal operating point (point A in Figure 4).
La primera realización de la presente invención también puede visualizarse mediante la figura 5 (periodo de sobreproducción: puntos A a D, periodo de recuperación: D a A’). El diagrama superior muestra Pe (línea continua) y Pm (línea de trazos) a lo largo del tiempo, mientras que el diagrama inferior representa la velocidad de rotación de rotor . Como solo se invierte una cantidad de potencia relativamente pequeña en la reaceleración del rotor, el periodo de recuperación es aproximadamente cuatro veces más largo que el periodo de sobreproducción. Debido a la Pacc constante, la velocidad de rotación de rotor aumenta constantemente durante el periodo de recuperación. The first embodiment of the present invention can also be visualized by figure 5 (overproduction period: points A to D, recovery period: D to A ’). The upper diagram shows Pe (solid line) and Pm (dashed line) over time, while the lower diagram represents the rotor rotation speed . Since only a relatively small amount of power is invested in rotor re-acceleration, the recovery period is approximately four times longer than the overproduction period. Due to the constant Pacc, the rotor rotation speed increases constantly during the recovery period.
En la figura 5a se muestra una variación de la primera realización en la que la potencia eléctrica de salida está modulada durante tanto el periodo de sobreproducción como el de recuperación. Tal modulación se realiza, por ejemplo, en respuesta a las mediciones de parámetro de red de distribución en curso cuyos resultados se transmiten por medio del sistema de gestión 18 al controlador 10, basándose en estipulaciones por parte del operador de red de distribución (que se incluyen, por ejemplo, en el evento de indicación) o variaciones de velocidad del viento. Realizando tal modulación de potencia de salida, es posible una mejora de la contribución de la turbina eólica 1 a la estabilidad de la red de distribución eléctrica. La velocidad de rotación de rotor  varía de manera correspondiente. Además, no es necesario que la transición del periodo de sobreproducción al de recuperación sea una reducción repentina de la potencia eléctrica de salida (como se muestra en la figura 5), sino que puede ser suave, por ejemplo según una función matemática (la transición podría ser significativamente “más suave” que la indicada en la figura 5a). A variation of the first embodiment in which the output power is modulated during both the overproduction and the recovery period is shown in Figure 5a. Such modulation is performed, for example, in response to the current distribution network parameter measurements whose results are transmitted through the management system 18 to the controller 10, based on stipulations by the distribution network operator (which is they include, for example, in the indication event) or wind speed variations. By performing such output power modulation, an improvement in the contribution of the wind turbine 1 to the stability of the electricity distribution network is possible. Rotor rotation speed  varies accordingly. In addition, it is not necessary that the transition from the overproduction period to the recovery period be a sudden reduction of the electrical output power (as shown in Figure 5), but may be smooth, for example according to a mathematical function (the transition it could be significantly "softer" than that indicated in figure 5a).
La segunda realización (figuras 6 y 7) está caracterizada principalmente por una utilización diferente de Pm durante el periodo de recuperación. De nuevo, el modo para dar soporte a la estabilidad de la red de distribución auxiliar de dos fases lo inicia el controlador 10 tras detectar un evento de indicación. La potencia eléctrica de salida Pe se eleva a 0,9 pu (siendo Pe0 0,8 pu al igual que en la primera realización) de modo que el punto de funcionamiento de la turbina eólica 1 cambia del punto A al punto B y, mientras que la velocidad de rotación de rotor disminuye, adicionalmente hasta el punto C. En la segunda realización, la velocidad de rotación mínima de rotor min es ligeramente inferior a la de la primera realización (por ejemplo, debido a que la turbina eólica según la segunda realización tiene un convertidor de escala completa en lugar de un DFIG, que permite una mayor desviación de la velocidad de generador y la frecuencia de red de distribución eléctrica). Por consiguiente, el periodo de sobreproducción es ligeramente más largo (con la misma Pop que en la primera realización). Cuando se alcanza min, el controlador inicia de nuevo la fase de recuperación. En la segunda realización, la potencia eléctrica de salida mínima Pemin durante el periodo de recuperación se establece a 0,64 pu (lo que es igual al 80% de Pe0 = 0,8 pu). La potencia mecánica de rotor disponible Pm en el punto D está sólo ligeramente por encima de este umbral inferior Pemin. El controlador 10 controla ahora la turbina eólica 1 de un modo en el que para la primera parte del periodo de recuperación solo se produce realmente la potencia eléctrica de salida mínima (es decir Pe = Pemin durante este periodo de tiempo). De este modo, la potencia usada para la reaceleración del rotor 2 aumenta con el aumento de eficiencia (o en otras palabras: el “hueco” entre Pm y Pe aumenta a lo largo de esta primera parte del periodo de recuperación ya que Pm aumenta con una  mayor y Pe permanece constante). Solo en una segunda parte del periodo de recuperación, cuando  ya casi ha alcanzado 0, Pe aumenta (relativamente rápido) y, por consiguiente, Pacc disminuye. The second embodiment (Figures 6 and 7) is mainly characterized by a different use of Pm during the recovery period. Again, the mode to support the stability of the two-phase auxiliary distribution network is initiated by controller 10 after detecting an indication event. The electrical output power Pe rises to 0.9 pu (where Pe0 is 0.8 pu as in the first embodiment) so that the operating point of the wind turbine 1 changes from point A to point B and, while that the rotor rotation speed decreases, additionally to point C. In the second embodiment, the minimum rotor rotation speed min is slightly lower than that of the first embodiment (for example, because the wind turbine according to the Second embodiment has a full-scale converter instead of a DFIG, which allows for a greater deviation from the generator speed and the frequency of the electrical distribution network). Therefore, the overproduction period is slightly longer (with the same Pop as in the first embodiment). When min is reached, the controller starts the recovery phase again. In the second embodiment, the minimum Pemin electrical output power during the recovery period is set to 0.64 pu (which is equal to 80% of Pe0 = 0.8 pu). The available mechanical rotor power Pm at point D is only slightly above this lower threshold Pemin. The controller 10 now controls the wind turbine 1 in a way in which for the first part of the recovery period only the minimum electrical output power is actually produced (ie Pe = Pemin during this period of time). In this way, the power used for the re-acceleration of rotor 2 increases with the increase in efficiency (or in other words: the "gap" between Pm and Pe increases throughout this first part of the recovery period since Pm increases with a greater Pe and Pe remains constant). Only in a second part of the recovery period, when  has almost reached 0, Pe increases (relatively quickly) and, consequently, Pacc decreases.
El efecto de este procedimiento es un periodo de recuperación más corto debido a que 0, en comparación con la primera realización, se alcanza significativamente más rápido (figura 7). Por tanto, el periodo de recuperación en este caso es solo aproximadamente dos veces tan largo como el periodo de sobreproducción. Sin embargo, esta ventaja se consigue solo a expensas de una Pe inferior durante la parte principal del periodo de recuperación. The effect of this procedure is a shorter recovery period because 0, compared to the first embodiment, is reached significantly faster (Figure 7). Therefore, the recovery period in this case is only about twice as long as the overproduction period. However, this advantage is achieved only at the expense of a lower Pe during the main part of the recovery period.
La tercera realización (figura 8) básicamente sigue el diagrama de la figura 4, presentado con relación a la primera realización. Sin embargo, en contraposición a la primera realización, el periodo de recuperación es ahora de dos fases. En una primera fase (del punto D’ al D en la figura 8), toda la potencia mecánica de rotor se convierte en potencia eléctrica de salida (es decir Pm = Pe). Como resultado, no queda potencia para la reaceleración del rotor (Pacc = 0 y la velocidad de rotor  permanece constante a min). El punto de funcionamiento de la turbina eólica es igual al punto de intersección entre la flecha C-D y la curva Pm en la figura 4. En una segunda fase (de D a A’ en la figura 8), la potencia eléctrica de salida disminuye ligeramente (pero todavía está en o por encima de la Pemin mínima) de modo que una parte de Pm se libera para la reaceleración del rotor. La reaceleración se realiza entonces de manera similar a la primera realización. The third embodiment (Figure 8) basically follows the diagram of Figure 4, presented in relation to the first embodiment. However, as opposed to the first embodiment, the recovery period is now two phases. In a first phase (from point D 'to D in Figure 8), all mechanical rotor power is converted into electrical output power (ie Pm = Pe). As a result, there is no power left for rotor re-acceleration (Pacc = 0 and the rotor speed  remains constant at min). The operating point of the wind turbine is equal to the point of intersection between the arrow CD and the Pm curve in figure 4. In a second phase (from D to A 'in figure 8), the electrical output power decreases slightly (but it is still at or above the minimum Pemin) so that a part of Pm is released for rotor re-acceleration. The re-acceleration is then performed in a manner similar to the first embodiment.
La tercera realización permite una contribución ligeramente mayor a la estabilidad de la red de distribución eléctrica 17 en la primera fase del periodo de recuperación. Evidentemente, el periodo de recuperación se extiende la duración de la reaceleración del rotor de cero de modo que, en el ejemplo de la figura 8, es aproximadamente 6,5 veces más largo que el periodo de sobreproducción. The third embodiment allows a slightly greater contribution to the stability of the electricity distribution network 17 in the first phase of the recovery period. Obviously, the recovery period extends the duration of the zero rotor re-acceleration so that, in the example of Figure 8, it is approximately 6.5 times longer than the overproduction period.
Las realizaciones uno a tres se han descrito hasta ahora suponiendo que la turbina eólica 1 funciona en modo de carga parcial cuando se detecta un evento de indicación mediante el controlador 1 y se inicia el modo de control auxiliar. Evidentemente, la turbina eólica 1 también puede realizar una actividad para dar soporte a la estabilidad de la red de distribución al tiempo que funciona en modo a plena carga (es decir Pe0 = Pnom, correspondiendo la potencia eólica disponible Pw a una potencia superior a la potencia eléctrica nominal de la turbina eólica, véase la figura 9). En este caso, el periodo de sobreproducción, en general, no difiere del funcionamiento de carga parcial (aparte de por el hecho de que, como la turbina eólica 1 estará funcionando a su potencia de funcionamiento nominal antes del periodo de sobreproducción, el aumento de potencia de salida durante el periodo de sobreproducción provocará una potencia de salida temporal que supera temporalmente la potencia nominal, pero que todavía se encuentra dentro del intervalo de tolerancia de la turbina eólica). El aumento de potencia eléctrica de salida se mantiene hasta que se alcanza la velocidad de rotación de rotor mínima min. El periodo de sobreproducción puede ser más largo que en el modo de carga parcial debido al aumento de la energía cinética almacenada en el rotor 2 y al soporte adicional por la regulación de paso de pala, dependiendo de la respectiva Pemin y las limitaciones de funcionamiento del generador 9, es decir el rango de funcionamiento dinámico de la turbina eólica 1 (véase la figura 3). En la realización según la figura 9, las palas dejan de ponerse en bandera durante el periodo de sobreproducción, obteniendo por tanto una fuerza de sustentación adicional que puede convertirse en potencia eléctrica adicional o usarse para reducir la deceleración del rotor. De manera similar, el periodo de recuperación puede acortarse utilizando el exceso de potencia eólica para la reaceleración del rotor de manera similar. En el ejemplo de la figura 9, el periodo de sobreproducción es por tanto más largo (en comparación con las realizaciones anteriores que hacen referencia al modo de carga parcial, véase por ejemplo la figura 5), y el periodo de recuperación es sólo dos veces tan largo como el periodo de sobreproducción. Embodiments one to three have been described so far assuming that the wind turbine 1 operates in partial load mode when an indication event is detected by the controller 1 and the auxiliary control mode is initiated. Obviously, the wind turbine 1 can also perform an activity to support the stability of the distribution network while operating in full load mode (ie Pe0 = Pnom, the available wind power Pw corresponding to a power greater than the nominal electric power of the wind turbine, see figure 9). In this case, the overproduction period, in general, does not differ from partial load operation (apart from the fact that, as wind turbine 1 will be operating at its nominal operating power before the overproduction period, the increase in output power during the overproduction period will cause a temporary output power that temporarily exceeds the nominal power, but is still within the tolerance range of the wind turbine). The increase in electrical output power is maintained until the minimum rotor rotation speed min is reached. The overproduction period may be longer than in the partial load mode due to the increase in the kinetic energy stored in the rotor 2 and the additional support by the blade pitch regulation, depending on the respective Pemin and the operating limitations of the generator 9, ie the dynamic operating range of wind turbine 1 (see figure 3). In the embodiment according to Figure 9, the blades cease to be flagged during the overproduction period, thereby obtaining an additional lift force that can be converted into additional electrical power or used to reduce rotor deceleration. Similarly, the recovery period can be shortened using excess wind power for rotor re-acceleration in a similar manner. In the example of Figure 9, the overproduction period is therefore longer (compared to the previous embodiments that refer to the partial loading mode, see for example Figure 5), and the recovery period is only twice. as long as the overproduction period.
En todas las realizaciones descritas, la turbina eólica 1 puede estar equipada, por ejemplo, con un generador síncrono que tiene un convertidor de escala completa (figura 10) o, alternativamente, con un generador de inducción de doble alimentación (DFIG) (figura 11). En el primer caso, el 100% de la potencia eléctrica generada Pe pasa a través del convertidor 20 que tiene un rectificador 21 y un rectificador invertido 22. En el último caso, el devanado del estator 23 está conectado directamente a la red de distribución eléctrica 17 y la conexión rotor-red de distribución se realiza usando un convertidor 20 que puede ser, por ejemplo, un convertidor en cascada con enlace CC (véase la figura 11). Por tanto, aproximadamente solo el 30% de la potencia eléctrica de salida producida Pe pasa a través del convertidor 20 mientras que la parte principal se alimenta directamente a la red de distribución eléctrica 17. In all the described embodiments, the wind turbine 1 may be equipped, for example, with a synchronous generator having a full-scale converter (figure 10) or, alternatively, with a double-feed induction generator (DFIG) (figure 11 ). In the first case, 100% of the generated electrical power Pe passes through the converter 20 which has a rectifier 21 and an inverted rectifier 22. In the latter case, the stator winding 23 is directly connected to the electrical distribution network. 17 and the rotor-distribution network connection is made using a converter 20 which can be, for example, a cascade converter with DC link (see Figure 11). Therefore, approximately only 30% of the output electric power produced Pe passes through the converter 20 while the main part is fed directly to the power distribution network 17.
La duración del periodo de recuperación no solo depende de la potencia usada para la reaceleración del rotor (Pacc), sino también de la velocidad del viento predominante. La figura 12 visualiza duraciones del periodo de recuperación para modos de control según la primera realización (cantidad fija de potencia de reaceleración Pacc durante el periodo de recuperación) dependiendo de la velocidad del viento. En una primera variante, Pacc se elige para que sea relativamente pequeña (0,02 pu) de modo que el periodo de recuperación es relativamente largo. Si Pacc se establece a cantidades más elevadas (0,06 pu y 0,1 pu en la figura 12), la duración del periodo de recuperación disminuye generalmente. Una velocidad del viento superior tiende generalmente a dar como resultado una duración más larga. En particular, si Pacc se establece a un valor relativamente pequeño (0,02 pu en la figura 12), la duración del periodo de recuperación aumenta significativamente con velocidades del viento superiores. Con velocidades del viento por encima del valor nominal (funcionamiento a plena carga), el periodo de recuperación, sin embargo, disminuye drásticamente (si, a diferencia de la figura 9, se usa la misma cantidad de Pm para la aceleración del rotor como en el modo de carga parcial). The duration of the recovery period depends not only on the power used for rotor re-acceleration (Pacc), but also on the prevailing wind speed. Figure 12 displays durations of the recovery period for control modes according to the first embodiment (fixed amount of Pacc re-acceleration power during the recovery period) depending on the wind speed. In a first variant, Pacc is chosen to be relatively small (0.02 pu) so that the recovery period is relatively long. If Pacc is set to higher amounts (0.06 pu and 0.1 pu in Figure 12), the duration of the recovery period generally decreases. A higher wind speed generally tends to result in a longer duration. In particular, if Pacc is set to a relatively small value (0.02 pu in Figure 12), the duration of the recovery period increases significantly with higher wind speeds. With wind speeds above the nominal value (full load operation), the recovery period, however, decreases dramatically (if, unlike Figure 9, the same amount of Pm is used for rotor acceleration as in partial load mode).
Según un aspecto de la presente invención, se proporciona un método de control de turbina eólica para un soporte de estabilidad de la red de distribución (figura 13). Generalmente, la turbina eólica 1 funciona según su política convencional 30 (por ejemplo seguimiento de potencia máxima, véase también la curva de producción en la figura 3). Se monitorizan los eventos que indican la necesidad de un suministro de Pe adicional durante 30. La monitorización también puede incluir la medición de parámetros de red de distribución (tales como variaciones de frecuencia o cambio de ángulo de tensión), la determinación de la medida del soporte de la red de distribución e instrucciones (detalladas) para la turbina eólica 1. Cuando se detecta un evento de indicación de este tipo (flecha 31), la turbina eólica 1 ejecuta el periodo de sobreproducción en 32. Tal como se describió en detalle anteriormente, According to one aspect of the present invention, a wind turbine control method is provided for a stability support of the distribution network (Figure 13). Generally, wind turbine 1 operates according to its conventional policy 30 (for example maximum power monitoring, see also the production curve in Figure 3). Events indicating the need for an additional Pe supply for 30 are monitored. Monitoring can also include the measurement of distribution network parameters (such as frequency variations or voltage angle change), the determination of the measurement of the support of the distribution network and instructions (detailed) for the wind turbine 1. When an indication event of this type is detected (arrow 31), the wind turbine 1 executes the overproduction period at 32. As described in detail previously,
se extrae energía cinética del rotor 2 y se convierte en potencia eléctrica adicional Pop mientras que la velocidad de rotor  disminuye más y más. La potencia eléctrica de salida puede variarse o modularse. El periodo de recuperación puede iniciarse antes de alcanzar la velocidad de rotor mínima min, por ejemplo, cuando la red de distribución eléctrica parece ser estable de nuevo, ha pasado un tiempo o condiciones de funcionamiento interno de 5 turbina eólica tales como sobrecalentamiento de componentes o carga turbina eólica. Sin embargo, se entra en el mismo, como muy tarde, cuando se alcanza la velocidad de rotor mínima min (flecha 33). En el periodo de recuperación, el rotor 2 vuelve a acelerarse de nuevo y todavía se suministra al menos una determinada cantidad de Pe a la red de distribución eléctrica 17. También pueden realizarse otras actividades que dependen del soporte de estabilidad de la red de distribución anterior durante el periodo de recuperación con el fin de restaurar el Kinetic energy is extracted from rotor 2 and converted into additional electrical power Pop while rotor speed  decreases more and more. The electrical output power can be varied or modulated. The recovery period can be started before reaching the minimum rotor speed min, for example, when the electrical distribution network appears to be stable again, an internal operating time or conditions of 5 wind turbines such as component overheating has passed. or wind turbine load. However, it is entered at the latest when the minimum rotor speed min is reached (arrow 33). In the recovery period, the rotor 2 is accelerated again and at least a certain amount of Pe is still supplied to the electrical distribution network 17. Other activities that depend on the stability support of the previous distribution network can also be carried out. during the recovery period in order to restore the
10 funcionamiento de turbina eólica normal, tal como el enfriamiento de componentes calentados, la amortiguación de oscilación mecánica, etc. Cuando el rotor 2 llega a su velocidad normal de rotación (por ejemplo 0, suponiendo que no cambia la velocidad del viento desde que se entra en el periodo de sobreproducción en 32), la turbina eólica 1 vuelve a su funcionamiento normal (flecha 35). 10 normal wind turbine operation, such as cooling of heated components, mechanical oscillation damping, etc. When the rotor 2 reaches its normal rotation speed (for example 0, assuming that the wind speed does not change since the overproduction period is entered in 32), the wind turbine 1 returns to normal operation (arrow 35 ).
La funcionalidad de la turbina eólica y el método de control descritos y reivindicados en el presente documento no The functionality of the wind turbine and the control method described and claimed herein are not
15 son excluyentes. La turbina eólica descrita en el presente documento puede disponerse para realizar actividades de estabilización de red de distribución adicionales además de las descritas, tales como disminuir la generación de potencia de una manera transitoria en caso de un exceso de suministro de potencia repentino de la red de distribución (por ejemplo cuando un consumidor de potencia significativo se desconecta de la red de distribución) o contrarrestar perturbaciones periódicas (por ejemplo oscilaciones de frecuencia de la red de distribución), etc. 15 are exclusive. The wind turbine described herein may be arranged to perform additional distribution network stabilization activities in addition to those described, such as decreasing power generation in a transient manner in case of a sudden excess power supply of the power grid. distribution (for example when a significant power consumer disconnects from the distribution network) or counteract periodic disturbances (eg frequency oscillations of the distribution network), etc.

Claims (14)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Turbina eólica de velocidad variable (1) para su conexión a una red de distribución eléctrica (17), dispuesta para proporcionar potencia eléctrica adicional para contrarrestar perturbaciones no periódicas en la red de distribución eléctrica, que comprende: 1. Variable speed wind turbine (1) for connection to an electrical distribution network (17), arranged to provide additional electrical power to counteract non-periodic disturbances in the electrical distribution network, comprising:
    5 -un rotor (2) con palas (3) acoplado a un generador eléctrico (9), 5 -a rotor (2) with blades (3) coupled to an electric generator (9),
    --
    un controlador (10) dispuesto como un microprocesador con memoria asociada que está dispuesto para ejecutar software de control, a controller (10) arranged as a microprocessor with associated memory that is arranged to execute control software,
    --
    estando dispuesto el controlador para monitorizar eventos que indican una necesidad de aumentar la potencia eléctrica de salida (Pe) de la turbina eólica (1) a la red de distribución eléctrica (17) para dar the controller being arranged to monitor events that indicate a need to increase the electrical output power (Pe) of the wind turbine (1) to the electrical distribution network (17) to give
    10 soporte la estabilidad de la red de distribución eléctrica, 10 support the stability of the electricity distribution network,
    --
    estando dispuesto el controlador (10) para controlar la turbina eólica (1) para realizar actividad para dar soporte a la estabilidad de la red de distribución, de una manera no periódica, como a continuación: the controller (10) being arranged to control the wind turbine (1) to perform activity to support the stability of the distribution network, in a non-periodic manner, as follows:
    --
    el controlador (10) está dispuesto para, cuando la turbina eólica (1) funciona en un modo de carga parcial, es decir a una potencia por debajo de la potencia de régimen de la turbina eólica, a un punto de 15 funcionamiento con eficiencia aerodinámica máxima y tras haberse detectado un evento de indicación, controlar la turbina eólica (1) para que entre en un periodo de sobreproducción en el que la potencia eléctrica de salida (Pe) aumenta más allá de la potencia eléctrica de funcionamiento (Pe0) a eficiencia aerodinámica máxima, en la que la potencia eléctrica de salida adicional se toma de energía cinética almacenada en el rotor (2) y sin cambiar el funcionamiento de la turbina eólica (1) a un punto de the controller (10) is arranged for, when the wind turbine (1) operates in a partial load mode, that is to say a power below the wind turbine's regime power, at a point of 15 operation with aerodynamic efficiency maximum and after an indication event has been detected, control the wind turbine (1) so that it enters a period of overproduction in which the electrical output power (Pe) increases beyond the operating electrical power (Pe0) to efficiency maximum aerodynamics, in which the additional output electrical power is taken from kinetic energy stored in the rotor (2) and without changing the operation of the wind turbine (1) to a point of
    20 funcionamiento más eficiente, 20 more efficient operation,
    --
    el controlador (10) está dispuesto para, como muy tarde, cuando la velocidad de rotación del rotor (2) alcanza un valor mínimo predeterminado (min), controlar la turbina eólica (1) para que entre en un periodo de recuperación para volver a acelerar el rotor (2) hasta la velocidad de rotación (0) en el punto de funcionamiento con eficiencia aerodinámica máxima al tiempo que contribuye además a la estabilidad de la the controller (10) is arranged to, at the latest, when the rotor rotation speed (2) reaches a predetermined minimum value (min), control the wind turbine (1) so that it enters a recovery period to return to accelerate the rotor (2) to the rotation speed (0) at the point of operation with maximum aerodynamic efficiency while also contributing to the stability of the
    25 red de distribución eléctrica produciendo al menos una potencia eléctrica mínima predeterminada (Pemin) a la red de distribución eléctrica (17). 25 electrical distribution network producing at least a predetermined minimum electrical power (Pemin) to the electrical distribution network (17).
  2. 2. Turbina eólica (1) según la reivindicación 1, en la que el controlador (10) está dispuesto para controlar la turbina eólica (1) de manera que la potencia de salida inferior predeterminada (Pemin) durante el periodo de recuperación es un porcentaje fijo de la potencia eléctrica de funcionamiento que se suministraba a la red 2. Wind turbine (1) according to claim 1, wherein the controller (10) is arranged to control the wind turbine (1) so that the predetermined lower output power (Pemin) during the recovery period is a percentage fixed operating electrical power supplied to the network
    30 de distribución eléctrica antes del periodo de sobreproducción (Pe0). 30 of electrical distribution before the overproduction period (Pe0).
  3. 3. Turbina eólica (1) según la reivindicación 1 ó 2, en la que el controlador (10) está dispuesto para controlar la turbina eólica (1) de manera que, durante el periodo de recuperación, al menos el 80%, más preferiblemente al menos el 85%, más preferiblemente al menos el 90% de la potencia eléctrica de funcionamiento que se suministraba a la red de distribución eléctrica antes del periodo de sobreproducción 3. Wind turbine (1) according to claim 1 or 2, wherein the controller (10) is arranged to control the wind turbine (1) so that, during the recovery period, at least 80%, more preferably at least 85%, more preferably at least 90% of the operating electrical power that was supplied to the electricity distribution network before the overproduction period
    35 (Pe0) se produce a la red de distribución eléctrica (17). 35 (Pe0) is produced to the electricity distribution network (17).
  4. 4. Four.
    Turbina eólica (1) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el controlador (10) está dispuesto para controlar la potencia usada para acelerar el rotor (Pacc) de manera que se garantiza una aceleración del rotor mínima predeterminada. Wind turbine (1) according to any one of the preceding claims, wherein the controller (10) is arranged to control the power used to accelerate the rotor (Pacc) so that a predetermined minimum rotor acceleration is guaranteed.
  5. 5. 5.
    Turbina eólica (1) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además equipo Wind turbine (1) according to any one of the preceding claims, further comprising equipment
    40 (11) para medir la velocidad de rotación del rotor (2), la velocidad del viento, el momento en las raíces de palas y/o el par de torsión en el árbol de rotor y en la que el controlador (10) está dispuesto para controlar, durante el periodo de recuperación, la potencia usada para acelerar el rotor (Pacc) midiendo continuamente la velocidad de rotación del rotor (2), la velocidad del viento, el momento en las raíces de palas y/o el par de torsión en el árbol de rotor y calculando la potencia mecánica de rotor disponible (Pm) a partir de al menos 40 (11) to measure the rotational speed of the rotor (2), the wind speed, the moment at the blade roots and / or the torque in the rotor shaft and in which the controller (10) is arranged to control, during the recovery period, the power used to accelerate the rotor (Pacc) by continuously measuring the rotational speed of the rotor (2), the wind speed, the moment at the blade roots and / or the torque of torsion in the rotor shaft and calculating the available mechanical rotor power (Pm) from at least
    45 uno de estos parámetros. 45 one of these parameters.
  6. 6. Turbina eólica (1) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el controlador (10) está dispuesto para iniciar el periodo de recuperación, antes de alcanzarse la velocidad de rotación mínima de rotor (min), cuando la red de distribución eléctrica (17) está estabilizada, cuando la duración del periodo de sobreproducción alcanza un límite de tiempo o cuando la cantidad de energía adicional proporcionada a la 6. Wind turbine (1) according to any one of the preceding claims, wherein the controller (10) is arranged to start the recovery period, before reaching the minimum rotor rotation speed (min), when the network of electrical distribution (17) is stabilized, when the duration of the overproduction period reaches a time limit or when the amount of additional energy provided to the
    50 red de distribución eléctrica (17) durante el periodo de sobreproducción alcanza un límite. 50 electricity distribution network (17) during the overproduction period reaches a limit.
  7. 7. Turbina eólica (1) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el controlador (10) está dispuesto para controlar la velocidad de rotación del rotor (2) y/o la potencia eléctrica de salida (Pe) durante el periodo de recuperación de manera que la velocidad de rotación de rotor (0) en el punto de funcionamiento con eficiencia aerodinámica máxima se alcanza dentro de un periodo de tiempo 7. Wind turbine (1) according to any one of the preceding claims, wherein the controller (10) is arranged to control the rotational speed of the rotor (2) and / or the electrical output power (Pe) during the period of recovery so that the rotor rotation speed (0) at the point of operation with maximum aerodynamic efficiency is reached within a period of time
    55 predeterminado. 55 default.
  8. 8. Turbina eólica (1) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el controlador (10) está dispuesto para controlar la velocidad de rotación del rotor (2) y/o la potencia eléctrica de funcionamiento (Pe) durante el periodo de recuperación de manera que se varía durante el periodo de recuperación según una función predeterminada, preferiblemente se aumenta durante el periodo de recuperación según un 8. Wind turbine (1) according to any one of the preceding claims, wherein the controller (10) is arranged to control the rotational speed of the rotor (2) and / or the electrical operating power (Pe) during the period of recovery so that it is varied during the recovery period according to a predetermined function, preferably it is increased during the recovery period according to a
    5 gradiente predeterminado. 5 default gradient.
  9. 9. Turbina eólica (1) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el controlador (10) está dispuesto para controlar la turbina eólica (1) de manera que el periodo de recuperación es más largo que el periodo de sobreproducción, preferiblemente cinco veces más largo, más preferiblemente tres veces más largo, lo más preferiblemente dos veces tan largo como el periodo de sobreproducción. 9. Wind turbine (1) according to any one of the preceding claims, wherein the controller (10) is arranged to control the wind turbine (1) so that the recovery period is longer than the overproduction period, preferably five times longer, more preferably three times longer, most preferably twice as long as the overproduction period.
    10 10. Turbina eólica (1) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además un sistema de control de paso de pala (6), en la que el controlador (10) está dispuesto para ajustar el ángulo de paso de pala durante el periodo de sobreproducción y/o de recuperación para compensar el cambio del ángulo de ataque del viento debido al cambio de velocidad de rotor de modo que la disminución de eficiencia de la conversión de potencia se reduce durante el periodo de sobreproducción y/o de 10. Wind turbine (1) according to any one of the preceding claims, further comprising a blade pitch control system (6), wherein the controller (10) is arranged to adjust the blade pitch angle during the period of overproduction and / or recovery to compensate for the change in the angle of attack of the wind due to the change in rotor speed so that the decrease in efficiency of power conversion is reduced during the period of overproduction and / or
    15 recuperación. 15 recovery.
  10. 11. Turbina eólica (1) según la reivindicación 9, en la que el controlador (10) está dispuesto para controlar la turbina eólica (1) de manera que, si la potencia eólica disponible (Pw) corresponde a una potencia eléctrica más elevada que la potencia de funcionamiento nominal (Pnom) de la turbina eólica (1), es decir la turbina eólica (1) trabaja en un modo a plena carga con las palas (3) en una posición de bandera al menos parcial, 11. Wind turbine (1) according to claim 9, wherein the controller (10) is arranged to control the wind turbine (1) such that, if the available wind power (Pw) corresponds to a higher electric power than the nominal operating power (Pnom) of the wind turbine (1), that is, the wind turbine (1) works in a full load mode with the blades (3) in a at least partial flag position,
    20 la cantidad de puesta en bandera se reduce durante el periodo de sobreproducción y/o de recuperación de modo que se usa la potencia eólica disponible adicional para reducir la desaceleración/aumentar la reaceleración y/o aumentar la potencia eléctrica de salida (Pe). The amount of flagging is reduced during the overproduction and / or recovery period so that the additional available wind power is used to reduce the deceleration / increase the re-acceleration and / or increase the electrical output power (Pe).
  11. 12. Turbina eólica (1) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el controlador (10) está dispuesto para monitorizar, detectar y procesar eventos de indicación tales como señales de control 12. Wind turbine (1) according to any one of the preceding claims, wherein the controller (10) is arranged to monitor, detect and process indication events such as control signals
    25 externas o resultados de una medición y evaluación por parte de la turbina eólica (1) de uno o más parámetros de red de distribución, en particular la frecuencia de la red de distribución y/o el cambio de ángulo de tensión. 25 external or results of a measurement and evaluation by the wind turbine (1) of one or more distribution network parameters, in particular the frequency of the distribution network and / or the change in voltage angle.
  12. 13. Turbina eólica (1) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el generador eléctrico 13. Wind turbine (1) according to any one of the preceding claims, wherein the electric generator
    (9) es un generador de escala completa en la que el valor mínimo de la velocidad de rotación (min) al que (9) is a full scale generator in which the minimum value of the rotation speed (min) at which
    30 el controlador (10) está dispuesto para iniciar el periodo de recuperación es la velocidad mínima a la que la turbina eólica (1) puede hacerse funcionar para producir la potencia de salida mínima (Pemin) requerida durante el periodo de recuperación (Pemin) y para volver a acelerar el rotor (2). 30 the controller (10) is arranged to start the recovery period is the minimum speed at which the wind turbine (1) can be operated to produce the minimum output power (Pemin) required during the recovery period (Pemin) and to accelerate the rotor (2) again.
  13. 14. Turbina eólica (1) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el generador eléctrico 14. Wind turbine (1) according to any one of the preceding claims, wherein the electric generator
    (9) es un generador de inducción de doble alimentación en la que el valor mínimo de la velocidad de (9) is a double power induction generator in which the minimum value of the speed of
    35 rotación (min) a la que el controlador (10) está dispuesto para iniciar el periodo de recuperación es una de las siguientes condiciones: la velocidad mínima a la que el generador de inducción de doble alimentación puede hacerse funcionar para producir la potencia de salida mínima (Pemin) requerida durante el periodo de recuperación y para volver a acelerar el rotor, o el umbral inferior constructivo del rango de velocidad de rotación del generador (9), el valor que sea superior. 35 rotation (min) at which the controller (10) is arranged to start the recovery period is one of the following conditions: the minimum speed at which the double feed induction generator can be operated to produce the power of minimum output (Pemin) required during the recovery period and to re-accelerate the rotor, or the lower constructive threshold of the generator rotation speed range (9), whichever is greater.
    40 15. Controlador (10) dispuesto como un microprocesador con memoria asociada que está dispuesto para ejecutar software de control, estando dispuesto el controlador (10) para controlar el funcionamiento de una turbina eólica de velocidad variable (1) que tiene un rotor (2) con palas (3) y que está dispuesto para su conexión a una red de distribución eléctrica (17), el controlador (10) está dispuesto para realizar una actividad para dar soporte a la estabilidad de la red de distribución, de una manera no periódica, como a 40 15. Controller (10) arranged as a microprocessor with associated memory that is arranged to execute control software, the controller (10) being arranged to control the operation of a variable speed wind turbine (1) having a rotor (2 ) with paddles (3) and which is arranged for connection to an electrical distribution network (17), the controller (10) is arranged to perform an activity to support the stability of the distribution network, in a manner not periodic like
    45 continuación: 45 continued:
    --
    el controlador (10) está dispuesto para monitorizar eventos que indican la necesidad de aumentar la potencia eléctrica de salida (Pe) de la turbina eólica (1) a la red de distribución eléctrica (17) para dar soporte a la estabilidad de la red de distribución eléctrica (17), The controller (10) is arranged to monitor events that indicate the need to increase the electrical output power (Pe) of the wind turbine (1) to the electrical distribution network (17) to support the stability of the power grid. electrical distribution (17),
    --
    el controlador (10) está dispuesto para, cuando la turbina eólica (1) funciona en un modo de carga parcial, the controller (10) is arranged for, when the wind turbine (1) operates in a partial load mode,
    50 es decir a una potencia por debajo de la potencia de régimen de la turbina eólica, a un punto de funcionamiento con eficiencia aerodinámica máxima y tras haberse detectado un evento de indicación, controlar la turbina eólica (1) para que entre en un periodo de sobreproducción en el que la potencia eléctrica de salida (Pe) se aumenta más allá de la potencia eléctrica de funcionamiento (Pe0) a eficiencia aerodinámica máxima, en la que la potencia eléctrica adicional se toma de energía cinética almacenada en 50 that is to say, at a power below the regime power of the wind turbine, at a point of operation with maximum aerodynamic efficiency and after an indication event has been detected, control the wind turbine (1) so that it enters a period of overproduction in which the electrical output power (Pe) is increased beyond the operating electrical power (Pe0) to maximum aerodynamic efficiency, in which the additional electrical power is taken from kinetic energy stored in
    55 el rotor (2) y sin cambiar el funcionamiento de la turbina eólica (1), al menos cuando trabaja en un modo de carga parcial, a un punto de funcionamiento más eficiente, 55 the rotor (2) and without changing the operation of the wind turbine (1), at least when working in a partial load mode, at a more efficient operating point,
    --
    el controlador (10) está dispuesto para, como muy tarde, cuando la velocidad de rotación del rotor (2) the controller (10) is arranged for, at the latest, when the rotational speed of the rotor (2)
    alcanza un valor mínimo predeterminado (min), controlar la turbina eólica (1) para que entre en un periodo reaches a predetermined minimum value (min), control the wind turbine (1) so that it enters a period
    de recuperación para volver a acelerar el rotor (2) hasta la velocidad de rotación (0) en el punto de of recovery to re-accelerate the rotor (2) to the rotation speed (0) at the point of
    funcionamiento con eficiencia aerodinámica máxima al tiempo que contribuye además a la estabilidad de la operation with maximum aerodynamic efficiency while also contributing to the stability of the
    red de distribución eléctrica (17) produciendo al menos una potencia eléctrica mínima predeterminada electrical distribution network (17) producing at least a predetermined minimum electrical power
    5 5
    (Pemin) a la red de distribución eléctrica (17). (Pemin) to the electricity distribution network (17).
  14. 16. 16.
    Método para controlar una turbina eólica de velocidad variable (1) para proporcionar potencia eléctrica Method for controlling a variable speed wind turbine (1) to provide electrical power
    adicional para contrarrestar perturbaciones de la red de distribución no periódicas, teniendo la turbina eólica additional to counteract non-periodic distribution network disturbances, having the wind turbine
    (1) un rotor (2) con palas (3) y que está dispuesta para su conexión a una red de distribución eléctrica (17), (1) a rotor (2) with blades (3) and which is arranged for connection to an electrical distribution network (17),
    comprendiendo el método no periódico: Understanding the non-periodic method:
    10 10
    -monitorizar eventos que indican la necesidad de aumentar la potencia eléctrica de salida (Pe) de la turbina -monitoring events that indicate the need to increase the electric power output (Pe) of the turbine
    eólica (1) a la red de distribución eléctrica (17) para dar soporte a la estabilidad de la red de distribución wind (1) to the electricity distribution network (17) to support the stability of the distribution network
    eléctrica (17), electric (17),
    -cuando la turbina eólica (1) funciona en un modo de carga parcial, es decir a una potencia por debajo de -when the wind turbine (1) operates in a partial load mode, that is to say at a power below
    la potencia de régimen de la turbina eólica, a un punto de funcionamiento con eficiencia aerodinámica the regime power of the wind turbine, at a point of operation with aerodynamic efficiency
    15 fifteen
    máxima y tras haberse detectado un evento de indicación, entrar en un periodo de sobreproducción en el maximum and after an indication event has been detected, enter a period of overproduction in the
    que la potencia eléctrica de salida (Pe) se aumenta más allá de la potencia eléctrica de funcionamiento that the electrical output power (Pe) is increased beyond the operating electrical power
    normal (Pe0) a eficiencia aerodinámica máxima, en el que la potencia adicional se toma de energía cinética normal (Pe0) at maximum aerodynamic efficiency, in which the additional power is taken from kinetic energy
    almacenada en el rotor (2) y sin cambiar el funcionamiento de la turbina eólica (1) a un punto de stored in the rotor (2) and without changing the operation of the wind turbine (1) to a point of
    funcionamiento más eficiente, more efficient operation,
    20 twenty
    -como muy tarde, cuando la velocidad de rotación del rotor (2) alcanza un valor mínimo predeterminado -as very late, when the rotation speed of the rotor (2) reaches a predetermined minimum value
    (min), entrar en un periodo de recuperación para volver a acelerar el rotor (2) hasta la velocidad de rotación (min), enter a recovery period to re-accelerate the rotor (2) to the rotation speed
    (0) en el punto de funcionamiento con eficiencia aerodinámica máxima al tiempo que contribuye además a (0) at the point of operation with maximum aerodynamic efficiency while also contributing to
    la estabilidad de la red de distribución eléctrica (17) produciendo al menos una potencia eléctrica mínima the stability of the electrical distribution network (17) producing at least a minimum electrical power
    predeterminada (Pemin) a la red de distribución eléctrica (17). Default (Pemin) to the power distribution network (17).
    25 25
    FIGURAS FIGURES
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