ES2586334T3

ES2586334T3 - Sistema y método para monitorizar filtros de potencia y detectar un fallo de filtro de potencia en un generador eléctrico de turbina eólica

Info

Publication number: ES2586334T3
Application number: ES10173591.8T
Authority: ES
Inventors: Bo Yin; John Godsk Nielsen; Kim Brøndum Larsen; Ove Styhm Kristensen; Kheng Hong Ang
Original assignee: Vestas Wind Systems AS
Current assignee: Vestas Wind Systems AS
Priority date: 2009-08-21
Filing date: 2010-08-20
Publication date: 2016-10-13
Anticipated expiration: 2030-08-20
Also published as: CN101995529B; EP2299568A1; EP2299568B1; CN101995529A; AU2010212454B2; US20110106470A1; US8898025B2; AU2010212454A1

Abstract

Método para determinar un defecto en un filtro de potencia (102) de un generador de turbina eólica (30, 150), comprendiendo el método las etapas de: calcular una potencia reactiva consumida por el filtro de potencia; y comparar la potencia reactiva calculada con una potencia reactiva umbral predefinida para determinar dicho defecto, en el que dicha potencia reactiva calculada está basada en un valor medido de una corriente de polo de convertidor y uno de una tensión de polo de convertidor para cada cable de fase del generador de turbina eólica, caracterizado porque dichos valores medidos se obtienen en una transición desde un estado de precarga hasta un estado de marcha del generador de turbina eólica, en el que el estado de precarga consiste en precargar un condensador de enlace de CC conectado a uno de un polo de convertidor del generador de turbina eólica, mientras el filtro de potencia está desconectado.

Description

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DESCRIPCION

Sistema y metodo para monitorizar filtros de potencia y detectar un fallo de filtro de potencia en un generador electrico de turbina eolica

Campo de la invencion

Realizaciones de la presente invencion proporcionan un sistema y metodo para monitorizar el funcionamiento de los filtros de potencia en sistemas de generacion de potencia, y detectar defectos o fallos de filtro de potencia en tales sistemas. En una realizacion preferida, los sistemas de generacion de potencia son turbinas eolicas de alta capacidad.

Antecedentes

Los sistemas de generacion de potencia convierten normalmente una fuente de potencia en energfa electrica haciendo girar un rotor de un generador electrico. Se suministra potencia en una tension y frecuencia espedficas a una red electrica, que transmite entonces la potencia al consumidor. Con el fin de garantizar que la potencia se suministra a una tension y frecuencia constantes, pueden usarse diversos dispositivos/equipos de control. Garantizar que la potencia se proporciona en la tension y frecuencia deseadas puede ser particularmente un reto para los generadores de turbina eolica, que no hacen girar el rotor del generador a una velocidad constante. La potencia producida por la turbina debe convertirse en potencia electrica estable para su transmision.

Por ejemplo, un generador de turbina eolica de la tecnica anterior proporciona un convertidor de plena potencia que tiene un rectificador activo del lado de generador acoplado a un inversor activo del lado de red por medio de un enlace de corriente continua (CC). En esta configuracion, el rectificador activo convierte senales de corriente alterna (CA) de frecuencia variable del generador a una tension de CC, que se situa en el enlace de CC. El inversor activo convierte la tension de CC en el enlace de CC en potencia de CA de frecuencia fijada para una red de energfa electrica. Una configuracion de este tipo requiere una circuitena complicada y costosa que usa conmutadores activos (por ejemplo, transistores bipolares de puerta aislada (IGBT)) para el rectificador e inversor activos. Estos tipos de conmutadores activos tienen normalmente una mayor perdida de potencia durante la conversion de potencia, y pueden provocar armonicos de alta frecuencia no deseados en la red de energfa electrica.

Por ejemplo, el convertidor de red puede generar armonicos de frecuencia de conmutacion en una frecuencia de 5 kHz. Puede usarse un filtro de armonicos del lado de red (filtro de red) para proporcionar una trayectoria para los armonicos de frecuencia de conmutacion e impedir la transmision no deseada de los armonicos de frecuencia de conmutacion a la red de distribucion de energfa electrica. El filtro de red puede ser una batena de condensadores que acumula energfa electrica a una velocidad variable, y descarga la energfa a una velocidad controlada. El filtro de red puede conectarse al lado de red usando, por ejemplo, un fusible.

Un problema asociado con las turbinas eolicas disponibles actualmente es que cuando se funde uno o mas de los fusibles del filtro de red, o falla algun otro componente del filtro de red, el filtro de red no puede funcionar correctamente. En algunos de estos sistemas disponibles actualmente, cuando se funde el fusible de filtro de red, no se proporciona ninguna senal de retroalimentacion al sistema de control de la turbina eolica. Como resultado, la turbina eolica continuara suministrando potencia a la red sin el filtro de red. Esto puede provocar, a su vez, otros problemas, tales como una alarma de defecto de sobretension o problemas en la conexion a la red. Este problema puede agravarse en redes electricas que pueden ser objeto de un control global deficiente.

Una solucion a este problema es proporcionar diversos componentes electricos conectados directamente al filtro de red para monitorizar el filtro con el fin de detectar fallos, e informar de estos fallos a un operario por medio del sistema de control. Sin embargo, en los sistemas actuales, puede ser diffcil encontrar componentes que sean faciles de instalar y mantener, y que cumplan diversos requisitos regulatorios.

La patente estadounidense 4.011.512 da a conocer un aparato de deteccion de fallos de filtro armonico para usar en transmisores de radio de banda lateral unica. El filtro esta conectado a dos acopladores direccionales que miden la potencia de entrada y de salida del filtro. Los dos acopladores tambien estan conectados a un circuito comparador para detectar un desajuste de potencia, y para generar una senal de control indicativa de un fallo de filtro.

Por tanto, sena una mejora en la tecnica si pudiese desarrollarse un sistema y un metodo para superar uno o mas de los problemas mencionados anteriormente.

Sumario

Un aspecto de la presente invencion proporciona un metodo para determinar un defecto en un filtro de potencia de un generador de turbina eolica segun la reivindicacion 1, un sistema correspondiente segun la reivindicacion 8 y un medio legible por ordenador que contiene un codigo de programa informatico segun la reivindicacion 13. Las realizaciones preferidas se definen en las reivindicaciones dependientes. El metodo puede incluir las etapas de: calcular una potencia reactiva consumida por el filtro de potencia; y comparar la potencia reactiva calculada con una potencia reactiva umbral predefinida para determinar dicho defecto.

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En algunas realizaciones, la potencia reactiva calculada puede estar basada en un valor medido de una corriente de polo de convertidor, y uno de una tension de polo de convertidor para cada cable de fase del generador de turbina eolica. La etapa de calcular la potencia reactiva consumida por el filtro de potencia puede incluir calcular una potencia reactiva promedio consumida por un polo de convertidor de red del generador de turbina eolica durante un periodo de tiempo.

En realizaciones adicionales, la etapa de calcular la potencia reactiva promedio consumida por un polo de convertidor de red puede incluir ademas ajustar la potencia reactiva promedio consumida por el polo de convertidor de red mediante un factor de tension para determinar una potencia reactiva promedio ajustada consumida por el polo de convertidor de red. Los valores medidos pueden obtenerse sustancialmente en una transicion desde un estado de precarga hasta un estado de marcha del generador de turbina eolica.

En realizaciones alternativas, la etapa de calcular la potencia reactiva consumida por el filtro de potencia puede incluir ademas: calcular una potencia reactiva promedio ajustada consumida en dicho estado de precarga por una fuente de alimentacion auxiliar del generador de turbina eolica; calcular una potencia reactiva promedio ajustada consumida tanto por la fuente de alimentacion auxiliar como por el filtro de potencia en dicho estado de marcha; y calcular la potencia reactiva promedio consumida solo por el filtro de red basandose en los valores de la potencia reactiva promedio consumida por la fuente de alimentacion auxiliar y la potencia reactiva promedio consumida tanto por la fuente de alimentacion auxiliar como por el filtro de potencia.

En esta realizacion, la etapa de calcular una potencia reactiva promedio ajustada consumida por dicha fuente de alimentacion auxiliar en dicho estado de precarga puede incluir ademas: conectar un condensador de enlace de CC a un polo de convertidor de dicho generador de turbina eolica, precargar dicho condensador de enlace de CC mientras dicho filtro de potencia esta desconectado; y obtener dichos valores medidos durante dicho estado de precarga. La etapa de calcular una potencia reactiva promedio ajustada consumida tanto por la fuente de alimentacion auxiliar como por el filtro de potencia en dicho estado de marcha puede incluir ademas: conectar electricamente dicho filtro de potencia; proporcionar un retardo; calcular dicha potencia reactiva promedio ajustada consumida tanto por la fuente de alimentacion auxiliar como por el filtro de potencia durante dicho periodo de tiempo; y desconectar dicho condensador de enlace de CC.

En algunas realizaciones, el filtro de potencia puede ser uno de un filtro de potencia del lado de red, un filtro dv/dt del lado de maquina, o un filtro de estator, y dicho defecto puede ser al menos uno de un fallo en un fusible, un fallo en un condensador, o un fallo en una conexion de dicho filtro de potencia. Un ciclo fundamental puede ser de 0,02 segundos y el periodo de tiempo puede ser de uno o mas ciclos fundamentales.

Un aspecto alternativo de la presente invencion proporciona un sistema para detectar un defecto en un filtro de potencia de un generador de turbina eolica, comprendiendo el sistema: un procesador informatico; y una pluralidad de sensores conectados electricamente a dicho generador de turbina eolica y dicho procesador informatico; en el que dicho procesador informatico esta configurado para: calcular una potencia reactiva consumida por el filtro de potencia basandose en datos de dichos sensores; y comparar la potencia reactiva calculada con una potencia reactiva umbral predefinida para determinar dicho defecto.

En realizaciones alternativas del sistema, los sensores pueden proporcionar un valor medido de una corriente de polo de convertidor, y uno de una tension de polo de convertidor y una tension de polo de estator para cada cable de fase del generador de turbina eolica. El procesador puede calcular ademas una potencia reactiva promedio consumida por un polo de convertidor de red del generador de turbina eolica durante un periodo de tiempo.

En otras realizaciones, el procesador puede calcular ademas una potencia reactiva promedio consumida por un polo de convertidor de red ajustando la potencia reactiva promedio consumida por el polo de convertidor de red mediante un factor de tension para determinar una potencia reactiva promedio ajustada consumida por el polo de convertidor de red. Los valores medidos pueden obtenerse sustancialmente en una transicion desde un estado de precarga hasta un estado de marcha del generador de turbina eolica.

En algunas realizaciones, el procesador puede calcular la potencia reactiva consumida por el filtro de potencia: calculando una potencia reactiva promedio ajustada consumida en dicho estado de precarga por una fuente de alimentacion auxiliar del generador de turbina eolica; calculando una potencia reactiva promedio ajustada consumida tanto por la fuente de alimentacion auxiliar como por el filtro de potencia en dicho estado de marcha; y calculando la potencia reactiva promedio consumida solo por el filtro de red basandose en los valores de la potencia reactiva promedio consumida por la fuente de alimentacion auxiliar y la potencia reactiva promedio consumida tanto por la fuente de alimentacion auxiliar como por el filtro de potencia.

En realizaciones adicionales, el procesador puede calcular dicha potencia reactiva promedio ajustada consumida por dicha fuente de alimentacion auxiliar en dicho estado de precarga: conectando un condensador de enlace de cC a un polo de convertidor de dicho generador de turbina eolica; precargando dicho condensador de enlace de CC mientras dicho filtro de potencia esta desconectado; y obteniendo dichos valores medidos durante dicho estado de precarga. El procesador puede calcular dicha potencia reactiva promedio ajustada consumida tanto por la fuente de alimentacion auxiliar como por el filtro de potencia en dicho estado de marcha: conectando electricamente dicho filtro

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de potencia; proporcionando un retardo; calculando dicha potencia reactiva promedio ajustada consumida tanto por la fuente de alimentacion auxiliar como por el filtro de potencia durante dicho periodo de tiempo; y desconectando dicho condensador de enlace de CC. Un ciclo fundamental puede ser de 0,02 segundos y el periodo de tiempo puede ser de uno o mas ciclos fundamentals.

Un aspecto adicional de la presente invencion proporciona un medio legible por ordenador que contiene un codigo de programa informatico para determinar un defecto en un filtro de potencia de un generador de turbina eolica, estando configurado el codigo informatico para: calcular una potencia reactiva consumida por el filtro de potencia; y comparar la potencia reactiva calculada con una potencia reactiva umbral predefinida para determinar dicho defecto.

En algunas realizaciones, la potencia reactiva calculada puede estar basada en un valor medido de una corriente de polo de convertidor y una tension de polo de convertidor/una tension de polo de estator para cada cable de fase del generador de turbina eolica. La etapa de calcular la potencia reactiva consumida por el filtro de potencia puede incluir ademas calcular una potencia reactiva promedio consumida por un polo de convertidor de red del generador de turbina eolica durante un periodo de tiempo.

En realizaciones alternativas, la etapa de calcular la potencia reactiva promedio consumida por un polo de convertidor de red puede incluir ademas ajustar la potencia reactiva promedio consumida por el polo de convertidor de red mediante un factor de tension para determinar una potencia reactiva promedio ajustada consumida por el polo de convertidor de red. Los valores medidos pueden obtenerse sustancialmente en una transicion desde un estado de precarga hasta un estado de marcha del generador de turbina eolica.

En realizaciones adicionales, la etapa de calcular la potencia reactiva consumida por el filtro de potencia puede incluir ademas: calcular una potencia reactiva promedio ajustada consumida en dicho estado de precarga por una fuente de alimentacion auxiliar del generador de turbina eolica; calcular una potencia reactiva promedio ajustada consumida tanto por la fuente de alimentacion auxiliar como por el filtro de potencia en dicho estado de marcha; y calcular la potencia reactiva promedio consumida solo por el filtro de red basandose en los valores de la potencia reactiva promedio consumida por la fuente de alimentacion auxiliar y la potencia reactiva promedio consumida tanto por la fuente de alimentacion auxiliar como por el filtro de potencia.

En otras realizaciones, la etapa de calcular una potencia reactiva promedio ajustada consumida por dicha fuente de alimentacion auxiliar en dicho estado de precarga puede incluir ademas: conectar un condensador de enlace de CC a un polo de convertidor de dicho generador de turbina eolica; precargar dicho condensador de enlace de CC mientras dicho filtro de potencia esta desconectado; y obtener dichos valores medidos durante dicho estado de precarga. La etapa de calcular una potencia reactiva promedio ajustada consumida tanto por la fuente de alimentacion auxiliar como por el filtro de potencia en dicho estado de marcha puede incluir ademas: conectar electricamente dicho filtro de potencia; proporcionar un retardo; calcular dicha potencia reactiva promedio ajustada consumida tanto por la fuente de alimentacion auxiliar como por el filtro de potencia durante dicho periodo de tiempo; y desconectar dicho condensador de enlace de CC.

El filtro de potencia puede ser uno de un filtro de potencia del lado de red, un filtro dv/dt del lado de maquina, o un filtro de estator. El defecto puede ser al menos uno de un fallo en un fusible, un fallo en un condensador, o un fallo en una conexion de dicho filtro de potencia.

Breve descripcion de los dibujos

Las realizaciones de la invencion se comprenderan mejor y seran evidentes a primera vista para un experto habitual en la tecnica a partir de la siguiente descripcion escrita, solo a modo de ejemplo, y en relacion con los dibujos, en los que:

la figura 1 ilustra un diagrama esquematico simplificado de un generador de turbina eolica en el que pueden usarse realizaciones de la presente invencion para determinar un fallo de filtro de potencia;

la figura 2 ilustra un diagrama de circuito de un generador de turbina eolica en el que pueden usarse realizaciones de la presente invencion para determinar un fallo de filtro de potencia;

la figura 3 ilustra una vista de cerca de una parte del diagrama de circuito de la figura 2 que muestra el inversor de red y el filtro de potencia;

la figura 4A ilustra un diagrama esquematico de una realizacion de un filtro de red mostrado en las figuras 2 y 3;

la figura 4B ilustra un diagrama esquematico que muestra un modo de funcionamiento normal para el filtro de red de la figura 4A;

la figura 4C ilustra un diagrama esquematico que muestra un modo de fallo posible para el filtro de red de la figura 4A;

la figura 4D ilustra un diagrama esquematico que muestra un modo alternativo de fallo posible para el filtro de red de la figura 4A;

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la figura 4E ilustra un diagrama esquematico que muestra otro modo alternativo de fallo posible para el filtro de red de la figura 4A;

la figura 5 es un grafico que ilustra una posible implementacion de un procedimiento de deteccion que puede usarse con el sistema y metodo de la presente invencion;

la figura 6 ilustra un diagrama de flujo que muestra una posible implementacion del metodo de la presente invencion; y

la figura 7 ilustra un diagrama esquematico de un posible sistema informatico que puede usarse para implementar el sistema y metodo de la presente invencion.

Descripcion detallada

Las realizaciones de la presente invencion proporcionan un sistema y metodo para alertar a un operario de un sistema de generacion de electricidad de un fallo en un filtro de potencia sin requerir la instalacion de componentes de hardware adicionales. Se describira a continuacion, a efectos ilustrativos, una realizacion del sistema y metodo presentes con respecto a un generador de turbina eolica que produce potencia trifasica. Sin embargo, se entiende que pueden usarse otros tipos y tamanos de generadores, tanto monofasicos como multifase, sin alejarse del alcance de las realizaciones presentes, tal como se define mediante las reivindicaciones adjuntas. A modo de ejemplo, pueden usarse realizaciones de la presente invencion con generadores de induccion simplemente/doblemente alimentados, generadores smcronos que incluyen generadores de imanes permanentes (PM), de imanes permanentes interiores (IPM), y de imanes permanentes montados en superficie (SMPM), generadores asmcronos que incluyen generadores de induccion (IG), generadores de jaula de ardilla, y otros tipos de generadores conocidos para los expertos en la tecnica. Tambien pueden considerarse los sistemas electricos a tamano real.

De manera similar, mientras que la descripcion a continuacion se centra en un ejemplo de realizacion en el que el filtro de potencia es un filtro de lado de red, ha de entenderse que pueden usarse tambien otros tipos y ubicaciones de filtros de potencia con realizaciones de la presente invencion. El metodo de determinar un fallo en un filtro de potencia puede aplicarse a cualquier filtro en un generador de potencia electrica, y mas particularmente un generador de turbina eolica. A modo de ejemplo no limitativo, tales filtros pueden incluir filtros dv/dt del lado de maquina, filtros de estator, o cualquier otro tipo de filtro de potencia que pueda filtrar los armonicos de frecuencia de conmutacion. A efectos descriptivos, el termino “filtro de red” usado a continuacion se aplica a todos los filtros de potencia de este tipo.

La figura 1 ilustra un diagrama esquematico simplificado de un sistema de generador de turbina eolica (WTG) 10 en el que pueden usarse realizaciones de la presente invencion para determinar un fallo de filtro de potencia. El sistema de WTG 10 puede ser un sistema de PM, IPM, SMPM o IM tal como se describio anteriormente. El sistema de WTG 10 incluye una pala de rotor 20 conectada mediante un arbol de entrada 22 a una caja de engranajes 24 opcional. La caja de engranajes 24 esta conectada por medio de un arbol de salida 26 a un WTG 30, que convierte el movimiento de rotacion de la pala de rotor 20 en potencia electrica. La caja de engranajes 24 opcional puede usarse para aumentar la velocidad de rotacion del arbol de salida 26.

En esta realizacion, el WTG 30 esta configurado para suministrar potencia a una red de energfa electrica 130 de frecuencia fijada (normalmente 50 o 60 Hz). Una manera para que el WTG 30 proporcione potencia sincronizada a la red 130 sena garantizar que la pala de rotor 20 gira a una velocidad constante. Sin embargo, con el fin de proporcionar una eficacia mayor en la produccion de electricidad, puede permitirse que la velocidad de la pala de rotor 20 vane dentro de un intervalo determinado. Esto permite que la pala de rotor 20 rote a una velocidad optima para cualquier velocidad de viento dada. Por tanto, el WTG 30 puede producir potencia de CA que no esta sincronizada con la red de energfa electrica 130.

Para mitigar este problema, puede conectarse un convertidor CA/CC 35 a los devanados de estator del WTG 30 por medio de lmeas de potencia 31a, 31b, y 31c. El convertidor CA/CC 35 convierte la salida de potencia de CA del WTG 30 en potencia de CC. El convertidor CA/CC 35 esta conectado por medio de un condensador de filtro 36 a un convertidor CC/CA 40, que convierte la potencia de CC en potencia de CA que esta sincronizada con la red de energfa electrica 130. En algunas configuraciones, puede situarse un transformador (no mostrado) entre el convertidor CC/CA 40 y la red 130. Pueden conectarse electricamente uno o mas filtros de potencia 42 y/o filtros de red 44 a las lmeas de potencia de salida 45a, 45b, y 45c, que se conectan al transformador y la red 130.

La figura 2 ilustra un diagrama de circuito 100 de un generador de turbina eolica 150 en el que pueden usarse realizaciones de la presente invencion para determinar el estado de un filtro de red 102 y para informar de cualquier fallo en el filtro de red 102 a un operario del sistema. En esta realizacion, el WTG 150 es un generador de induccion doblemente alimentado (DFIG). Sin embargo, tal como se destaco anteriormente, se entiende que pueden usarse las realizaciones de la presente invencion con cualquier tipo de WTG. El WTG DFIG 150 incluye un estator (no mostrado) que tiene un devanado trifasico que esta conectado a traves de un disyuntor 152 por medio de lmeas de potencia 154a, 154b y 154c directamente a la red de transmision 130 a traves de un transformador elevador de tension 156. La corriente en las lmeas de potencia 154a, 154b, 154c que fluye hacia la red electrica principal 130

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puede medirse usando transductores preexistentes 155a, 155b y 155c. En la descripcion a continuacion, las lmeas de potencia 154a, 154b y 154c forman el “polo de estator”, y la corriente medida usando los transductores 155a, 155b, y 155c se conocera como la corriente de polo de estator. Se entiende que tambien pueden usarse otros tipos y ubicaciones de dispositivos de medicion que funcionan para medir la corriente de polo de estator y/o la tension de polo de estator. El devanado de rotor trifasico (no mostrado) esta conectado por medio de un conjunto de anillo colector y escobilla (no mostrado) al lado de rotor de un convertidor de potencia 120 por medio de lmeas de potencia 158a, 158b y 158c.

El convertidor de potencia 120 incluye un rectificador CA/CC 122 del lado de maquina, un enlace de CC 124, y un inversor de red CC/CA 126. El filtro de red 102 esta conectado a la salida del inversor de red 126 por medio de lmeas de potencia 128a, 128b, y 128c. Entonces, la potencia trifasica filtrada se proporciona a traves de un primer disyuntor/conmutador 131 y un segundo disyuntor/conmutador 133 al transformador 156 y la red electrica principal 130 por medio de lmeas de potencia 140a, 140b y 140c. Puede proporcionarse una fuente de alimentacion auxiliar 142 de la turbina eolica para impulsar determinados componentes en la turbina eolica en algunas circunstancias. La fuente de alimentacion auxiliar 142 puede consumir potencia de la red principal 130, o del inversor de red 126. La corriente en las lmeas de potencia 140a, 140b, 140c que fluye hacia la red electrica principal 130 puede medirse usando transductores 160a, 160b y 160c preexistentes. En la descripcion a continuacion, las lmeas de potencia 140a, 140b y 140c forman el “polo de convertidor de red”, y la corriente medida usando los transductores 160a, 160b, y 160c se conocera como la corriente de polo de convertidor. Esto se describira en mas detalle a continuacion. Se entiende que pueden usarse tambien otros tipos y ubicaciones de dispositivos de medicion que funcionan para medir la corriente de polo de convertidor y/o la tension de polo de convertidor.

En esta realizacion, el disyuntor/conmutador 131 puede usarse para desconectar la salida de potencia del convertidor de potencia 120 durante un defecto u otra condicion. De manera similar, el disyuntor/conmutador 133 puede usarse para desconectar la salida de potencia del convertidor de potencia 120 y la fuente de alimentacion auxiliar 142 de la red principal 130 durante un defecto u otra condicion.

La figura 3 ilustra una vista de cerca del inversor de red 126 y filtro de red 102 mostrados en la figura 2. En esta realizacion, el filtro de red 102 esta instalado entre las bobinas de choque/conmutadores de conector 104, 106 y el disyuntor 133. El filtro de red 102 esta conectado al punto 132c, 132b, y 132a en las lmeas de potencia 140c, 140b, y 140a a traves de un fusible de red 134c, 134b, y 134a, respectivamente. Pueden usarse un circuito de precarga, ilustrado como conmutador 108 y resistencias de precarga 109 para poner en marcha un condensador de enlace de CC 125 dentro del enlace de Cc 124 antes del arranque del generador o conexion del convertidor del lado de maquina. Durante la precarga, los conmutadores 104, 106 estan desconectados. Durante el funcionamiento normal, una vez que la tension medida a lo largo del condensador de enlace de CC 125 alcanza un valor objetivo, se encienden los conmutadores 104 y 106, y se apaga el conmutador 108. Sin embargo, el metodo de la presente invencion permite que el conmutador 108 se mantenga encendido durante un periodo de tiempo. Esto se describira con mucho mas detalle a continuacion.

En la figura 4A, se muestra un ejemplo de un diagrama esquematico para el filtro de red 102. En esta realizacion, el filtro de red 102 incluye una primera batena de condensadores 102a, una segunda batena de condensadores 102b, y una bobina de descarga 102c. Cada batena de condensadores 102a, 102b esta conectada electricamente a las lmeas de potencia 128a, 128b, y 128c por medio de lmeas de salida 136a, 136b, y 136c respectivamente. De manera similar, la bobina de descarga 102c esta conectada electricamente a las lmeas de potencia 128a, 128b, y 128c. Cuando el filtro de red 102 se apaga por algun motivo, cualquier tension residual de Cc que permanezca en los condensadores 102a, 102b puede descargarse muy rapidamente a traves de la bobina de descarga 102c. Esto ayuda a garantizar un tiempo corto de conexion de nuevo cuando el filtro de red 102 esta encendido de nuevo.

Se entiende que pueden usarse tambien otras configuraciones del filtro de red 102. Por ejemplo, el filtro de red 102 puede incluir una o mas batenas de condensadores, que pueden conectarse en diferentes configuraciones. Los condensadores usados en las batenas de condensadores pueden ser de auto-regeneracion. Se considera que todas las configuraciones de este tipo para el filtro de red 102 estan incluidas dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas, dado que estas configuraciones funcionan para filtrar la potencia suministrada que incluye, pero no se limita a, los armonicos de frecuencia de conmutacion.

La figura 4B ilustra el modo de funcionamiento normal para el filtro de red 102 mostrado en la figura 4A. En el modo de funcionamiento normal, todos los filtros de red trifasicos 102a, 102b se han conectado, y no esta fundido ningun fusible del filtro de red.

Las figuras 4C-4E ilustran modos de fallo del filtro de red 102. El modo de fallo para los condensadores de tipo de auto-regeneracion 102a, 102b usados en el filtro de red 102 es normalmente una degradacion lenta de la capacitancia, es decir la capacitancia disminuira con el tiempo. Los modos de fallo comunes para el filtro de red 102 pueden incluir un fallo de uno o mas de los fusibles 134a, 134b, 134c, o de los contactores. La figura 4C ilustra el caso en el que uno de los fusibles/contactores (134c) del filtro de red falla, dando como resultado la desconexion de uno de los condensadores 103a. La figura 4D ilustra el caso en el que dos de los fusibles/contactores (134b, 134c) del filtro de red fallan, dando como resultado la desconexion de dos de los condensadores 103a, 103b. La figura 4E ilustra el caso en el que todos los fusibles/contactores del filtro de red fallan, dando como resultado la desconexion

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de todos los condensadores 103a, 103b, 103c. A efectos de la descripcion que sigue, cuando el filtro de red 102 funciona correctamente, todas las ramas del filtro de red trifasico funcionan y ninguno de los fusibles/contactores/condensadores del filtro de red esta fundido. El fallo del filtro de red puede incluir cualquier fallo de fusibles, cualquier fallo de contactores del filtro de red, cualquier fallo de condensadores, o cualquier otro fallo de un componente en el filtro de red 102.

En un sistema electrico de corriente alternativo, el termino “potencia reactiva” se usa para representar la energfa almacenada y liberada alternativamente por los inductores y/o condensadores. En las realizaciones presentes, puede usarse un concepto de potencia reactiva instantanea. La potencia reactiva instantanea consumida por el filtro de red 102 mostrado en las figuras 4A-4E se describe a continuacion con referencia a las ecuaciones 1-4.

A efectos de la descripcion, se supone que la tension de red vana dentro de un intervalo de 0,8 unidades de potencia (p.u.) y 1,2 p.u. Por tanto, dado que la potencia reactiva se calcula como la rafz cuadrada de las unidades de tension, la potencia reactiva en un modo normal esta dentro de un intervalo de 0,64Qnom - 1,44Qnom.

Para el modo de fallo ilustrado en la figura 4C, la potencia reactiva consumida por el filtro de red 102 es aproximadamente la mitad de la potencia reactiva consumida en el modo normal. Por tanto, el intervalo de potencia reactiva en este caso es de 0,32* Qnom - 0,72* Qnom. Para los modos de fallo ilustrados en las figuras 4D y 4E, la potencia reactiva consumida por el filtro de red 102 es cero.

A efectos ilustrativos, se supone que los condensadores 103a-103c tienen una capacidad nominal de 56 KVar en una tension de 440V, y la tension nominal de la toma de red es de 400V (lmea-lmea), con una frecuencia nominal de o bien 50Hz o bien 60Hz, dependiendo de la ubicacion de la red. Entonces, el valor de la potencia reactiva nominal Qnom puede computarse usando la siguiente formula:

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en la que Con es la capacidad nominal del condensador, Vcon es la tension lfmite del condensador, y Vred es la tension lfmite nominal de la red.

Por tanto, el valor de Qnom para el condensador 102 sena 46,44kVar en tension nominal para el generador descrito en el presente documento. Sin embargo, se entiende que el valor de Qnom puede cambiar dependiendo del tipo de condensadores usados, la capacidad del generador de turbina eolica, la tension lmea-lmea, etc.

Las realizaciones del sistema y el metodo de la presente invencion proporcionan medios para medir la potencia reactiva consumida por el filtro de red 102 durante cada uno de los modos descritos anteriormente, usando solo entradas existentes. Entonces, pueden usarse las mediciones para determinar un modo de fallo del filtro de red 102, el cual se informa despues a un sistema de supervision que genera una alarma si el filtro de red 102 falla. Las mediciones se logran comparando los valores medios de la potencia reactiva antes y despues de que los conmutadores 104 y 106 se cierren. En este caso, se supone que la fuente de alimentacion auxiliar 142 no se enciende y se apaga dclicamente durante el procedimiento de deteccion de fallos.

La figura 5 es un grafico que ilustra una posible implementacion de un procedimiento de deteccion, designado generalmente con el numero de referencia 300, que puede usarse con el sistema y metodo de la presente invencion. La figura 6 ilustra un diagrama de flujo, designado generalmente con el numero de referencia 400, que muestra una posible implementacion del metodo de la presente invencion.

En esta realizacion, se resumen en la tabla 1 a continuacion las diversas senales disponibles para monitorizar y detectar fallos del filtro de red 102:

Tabla 1

Transductor de polo de convertidor de red principal Il1: MGC_IL1

Transductor de polo de convertidor de red principal Il2: MGC_IL2

Transductor de polo de convertidor de red principal Il3: MGC_IL3

Transductor de polo de estator de red principal UL1: MGSJJL1

Transductor de polo de estator de red principal UL2: MGSJJL2

Transductor de polo de estator de red principal UL3: MGS_JL3

Transductor de polo de convertidor de red principal UL1: MGCJJL1

Transductor de polo de convertidor de red principal UL2: MGCJJL2

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30

Transductor de polo de convertidor de red principal UL3

MGC UL3

en la que MGC_ILx representa la corriente enviada a la red 130 en el polo de convertidor de red, medida, por ejemplo, usando transductores 160a, 160b y 160c, y que incluye la corriente del convertidor de red 126 y la corriente de la fuente de alimentacion auxiliar 142; y MGS_uLx son las tensiones del polo de estator medidas en un punto entre el conmutador 152 y el transformador de alta tension 156. MGC_ULx representa las tensiones de cada cable de fase del polo de convertidor de red, y puede medirse con sensores de tension ubicados cerca de los transductores 160. Se entiende que pueden usarse tambien otros puntos de medicion.

Entonces, puede calcularse la potencia reactiva q consumida en el polo de convertidor de red usando la formula 1 tal como sigue:

= -M[(MGC_UL\ -MGC JJL2)MGC JL3

+ (MGC JJL2-MGC UL3) ■ MGC JL\ + (MGC VL3-MGC_UL\)■ MGC_IL2\ (1)

= 1,5(MGC_vp •MGC_ia -MGC _va MGC_ip)

en la que MGC_ILx y MGCJJLx se definen anteriormente para el polo de convertidor de red en el marco original a- b-c, MGC_v„ y MGC_vp designan las tensiones de polo de convertidor de red principal en el marco a-p, y MGC_ia y MGCjip designan las corrientes de polo de convertidor de red principal en el marco a-p, en los que:

'MGC i 1: 2 "l -0,5 -0,5 ' ' MGC _IL\

— u MGC in: ~3 0 fi/2 S/2 MGC JL2

_ r _: MGC _IL3

MGC _va MGC _vp

2 1 -0,5 -0,5

3 0 &!2 -J3/2

MGC_UL\ MGC _UL2 MGC UL3

"MGC _UL\': MGS _UL\

MGC JJL2: =relation de giro MGS _UL2

MGC _UL3: MGS _UL3

(2)

(3)

(4)

La formula 4 puede requerirse en los casos en los que los sensores de tension para medir directamente el valor de MGCjJLx no esten disponibles. El valor de MGS_JLx representa las tensiones de polo de estator tal como se midieron, y se multiplican por el radio de giro del transformador 156 para determinar MGC_JLx. En algunas realizaciones, puede usarse la definicion de q en el marco a-b-c. Alternativamente, puede usarse la transformacion al marco a-p.

En una realizacion, el sistema de WTG es un sistema electrico a tamano real y la salida electrica del generador se proporciona a un convertidor de potencia en oposicion que se acopla tras ello a un filtro de red. Se miden mediciones directas de de una corriente y una tension de un polo de convertidor de red para determinar el consumo de potencia reactiva del filtro de red.

Con referencia continua a la figura 6, el metodo 400 comienza con una primera etapa de habilitar la comprobacion del filtro de potencia y el ajuste de todas las variables a cero, tal como se muestra con el numero de referencia 402. Esta etapa de habilitacion puede lograrse, por ejemplo, cuando un operario del sistema inicia un programa de software en uno o mas microprocesadores de control que reciben datos del sistema y proporcionan diversas funciones de control al mismo.

Tal como se describio anteriormente, el metodo 400 usa los valores promedio de la potencia reactiva. Con el fin de determinar los valores promedio para la potencia reactiva, debe determinarse un periodo de muestreo. A efectos ilustrativos, usaremos 100 microsegundos (|is) como el periodo de muestreo. Se entiende que tambien pueden usarse otros periodos de muestreo. Usando un periodo de muestreo de 100 |is, la potencia reactiva promedio del

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40

polo de convertidor de red en un ciclo fundamental (0,02 segundos) puede computarse como:

imagen2

En esta realizacion, la potencia reactiva calculada en las ecuaciones (1) y (5) incluye la potencia reactiva consumida tanto por la fuente de alimentacion auxiliar 142 de la turbina eolica como por los filtros de red 102 (vease la figura 1). Con el fin de determinar la potencia reactiva consumida solo por el filtro de red 102, hay varios factores a considerar.

En primer lugar, puede observarse que hay una zona de superposicion entre el caso normal (figura 4B) y el primer caso de fallo (figura 4C). Tal como se describio anteriormente, la potencia reactiva consumida por el filtro de red en el modo normal esta entre 0,64Qnom - 1,44Qnom. La potencia reactiva consumida por el filtro de red en el primer caso de fallo es la mitad de la potencia reactiva consumida en el modo normal, es decir entre 0,32Qnom - 0,72Qnom. Para compensar la superposicion en estos intervalos, puede introducirse un factor de tension en la computacion de la potencia reactiva promedio (ecuacion 5) para eliminar el efecto de las variaciones de la tension de red. Esto puede mostrarse como:

= (6)

en la que Q es la potencia reactiva promedio ajustada del polo de convertidor de red, y el factor de tension Ufecfor se define como:

imagen3

y Unom es la tension nominal de red.

El segundo factor a considerar es el hecho de que los valores de q y Q calculados anteriormente son dependientes

de la configuracion de circuito electrico especifica mostrada en las figuras 1 y 2. La potencia reactiva q y Q puede contener potencia reactiva consumida tanto por la fuente de alimentacion auxiliar 142 como por el filtro de red 102. Para obtener la potencia reactiva consumida solo por el filtro de red 102, puede calcularse y compararse la potencia reactiva antes y despues de que se cierren los conmutadores 104 y 106. A continuacion, se consideran dos etapas diferentes, etapa a y etapa b, que proporcionan una transicion entre un estado de “precarga” y un estado de “marcha” para el generador de turbina eolica.

En la etapa a, el conmutador 108 esta ajustado en ENCENDIDO, y los conmutadores 104 y 106 estan APAGADOS, tal como se muestra con el numero de referencia 404 en la figura 6. Entonces, el condensador de enlace de CC 125 (figura 3) se carga a traves de una o mas resistencias precargadas 109. Durante esta etapa, los valores de la

potencia reactiva q y Q incluyen la potencia reactiva consumida solo por la fuente de alimentacion auxiliar 142 de la turbina eolica.

En la etapa b, cuando el enlace de tension de CC alcanza una determinada tension, por ejemplo 500V, se encienden los conmutadores 104 y 106 y se conecta el filtro de red 102. Durante esta etapa de “marcha”, los valores de la

potencia reactiva q y Q incluyen la potencia reactiva consumida tanto por la fuente de alimentacion auxiliar 142 de la turbina eolica como por el filtro de red 102.

En esta realizacion, si la fuente de alimentacion auxiliar 142 consume la misma cantidad de potencia reactiva durante la etapa a y la etapa b, la diferencia de potencia reactiva entre la etapa a y la etapa b es la potencia reactiva consumida por el filtro de red 102. Sin embargo, puede que la fuente de alimentacion auxiliar 142 no consuma siempre la misma cantidad de potencia reactiva en ambas etapas. Por ejemplo, durante el funcionamiento normal, el

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45

generador de turbina eolica puede desviarse automaticamente para mantener la gondola directamente contra el viento. Puede engancharse automaticamente un sistema de refrigeracion (no mostrado) para refrigerar el generador de potencia 120. Por tanto, hay una posibilidad de que se requiera algo de potencia auxiliar de la fuente de alimentacion auxiliar 142 durante la etapa b. Por tanto, la diferencia de potencia reactiva entre la etapa a y la etapa b puede no representar la potencia reactiva consumida por el filtro de red 102.

Para reducir la posibilidad de que la fuente de alimentacion auxiliar 142 se encienda y se apague dclicamente durante el procedimiento de deteccion de fallos de filtro de red, y obtener la potencia reactiva de filtro de red, el procedimiento de deteccion puede hacerse tanto continuo como corto, y puede comprobarse la consistencia de los datos. Con referencia a la figura 5, el grafico 300 muestra los estados de encendido - apagado de los conmutadores 104, 106 y 108 en el eje izquierdo 301 trazados frente al tiempo en segundos en el eje inferior 303. Observese que los conmutadores 104 y 106 estan enganchados simultaneamente para conectar el filtro de red 102. Sin embargo, se entiende que pueden usarse tambien diversas configuraciones electricas que incluyan un numero de conmutadores mayor o menor.

Tal como se ilustra en el grafico 300, justo antes de que los conmutadores 104 y 106 se enciendan, y mientras el conmutador 108 esta encendido, pueden procesarse datos de potencia reactiva de 10 ciclos fundamentales para

obtener un valor promedio de la potencia reactiva durante la etapa a (Q_a), tal como se muestra con el numero de referencia 302 en la figura 5, y el numero de referencia 406 en la figura 6. Se entiende que pueden usarse tambien un numero mayor o menor de ciclos fundamentales como periodo de tiempo deseado. El calculo del valor de AQ mostrado en la etapa 406 se describe mas en detalle a continuacion.

A continuacion de esto, puede insertarse un retardo de 0,1 segundos para evitar el periodo transitorio asociado con el cierre de los conmutadores 104 y 106, tal como se muestra con el numero de referencia 304 en la figura 5, y numero de referencia 408 en la figura 6. Se entiende que pueden usarse tambien otros valores para el retardo deseado, tanto mayores de o menores de 0,1 segundos. A continuacion, se encienden los conmutadores 104 y 106, tal como se muestra con el numero de referencia 410.

Tras ello, puede procesarse otros 10 ciclos fundamentales de datos de potencia reactiva para obtener un valor promedio de la potencia reactiva durante la etapa b (Q_b), tal como se muestra con el numero de referencia 306 en la figura 5, y el numero de referencia 412 en la figura 6. El calculo del valor de AQ mostrado en la etapa 412 se describe mas en detalle a continuacion. Para este ejemplo, se requieren por tanto solo 0,5 segundos para la totalidad del procedimiento de deteccion. Se entiende, tal como se describio anteriormente, que pueden usarse tambien otros periodos de tiempo, retardos y numeros de ciclos, tanto menores como mayores.

Con el fin de determinar que la fuente de alimentacion auxiliar 142 no se ha encendido y apagado durante el procedimiento de monitorizacion, tal como se muestra con el numero de referencia 414, puede comprobarse la consistencia de los dos conjuntos de datos de diez ciclos fundamentales. El procedimiento para comprobar los datos se describe a continuacion.

El valor promedio de los datos de un ciclo fundamental puede definirse como

{o-a\ ••• O _a10j y {Q^b 1 ••• O_bl0}

(11)

(12)

en las que Q_a-\ ~ Q_a-\o y Q_ bi ~ Q_bio se calculan basandose en la ecuacion 6 definida anteriormente.

Para determinar que la fuente de alimentacion auxiliar 142 no se ha encendido y apagado dclicamente durante el procedimiento de deteccion, deben satisfacerse las siguientes ecuaciones:

imagen4

en las que la potencia reactiva promedio para la etapa a y la etapa b son:

_ 1 10 _

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imagen5

Y AQ y [Q_Min Q_Max] son valores seleccionados por el operario del generador de turbina eolica. A modo de ejemplo no limitativo, AQ podna seleccionarse como 0,05Qnom y [Q_Min Q_Max] podnan seleccionarse como [-0,2Qnom 1,2Qnom]. Observese que los valores para AQ se calculan durante las etapas 406 y 412 tal como se describio anteriormente.

Si no se satisfacen las ecuaciones 13-15, entonces la fuente de alimentacion auxiliar 142 se ha encendido y apagado dclicamente durante el procedimiento de deteccion. En este caso, la comprobacion del filtro de potencia puede terminarse, tal como se muestra con los numeros de referencia 416 y 417.

Si se satisfacen las ecuaciones 13-15, la fuente de alimentacion auxiliar 142 no se ha encendido y apagado dclicamente durante el procedimiento de deteccion, tal como se muestra con el numero de referencia 418. La potencia reactiva promedio consumida por el filtro de red se obtiene entonces como

imagen6

tal como se muestra con el numero de referencia 420.

El valor para la potencia reactiva Q calculado anteriormente puede compararse entonces con un valor deseado, es decir una potencia reactiva umbral, para determinar si se ha detectado un defecto del filtro de potencia, tal como se muestra con el numero de referencia 422. A modo de ejemplo no limitativo, puede generarse una condicion de defecto si:

imagen7

en la que Qnom designa la potencia reactiva consumida en el modo de funcionamiento normal con tension nominal de red, tal como se definio anteriormente. Se entiende que el porcentaje espedfico de Qnom que tiene que usarse lo puede definir el administrador de sistema del generador de turbina eolica, de modo que puede ajustarse facilmente durante las pruebas y el funcionamiento. De manera similar, el administrador de sistema puede definir asimismo un valor de “Q/Qnom". Por tanto, la ecuacion 19 puede escribirse como la ecuacion 20 a continuacion:

imagen8

= -—<fiiwl ib um&gKt

imagen9

imagen10

imagen11

imagen12

Si no se satisface la ecuacion 20, el valor de Q esta dentro de lfmites aceptables, tal como se muestra con el numero de referencia 426. El funcionamiento normal del WTG puede entonces comenzar de nuevo, tal como se muestra con el numero de referencia 428.

Sin embargo, si se satisface la ecuacion 20, se ha determinado una condicion de defecto, tal como se muestra con el numero de referencia 430. Puede enviarse entonces un mensaje de error al operario tal como “valor muy bajo de condensador de filtro calculado para: xxxx p.u., tiene que estar por encima de xxxx p.u.", tal como se muestra con el numero de referencia 432.

En una realizacion, esta previsto un sistema de diagnostico para el sistema de turbina eolica 10. El sistema de diagnostico puede comprender capacidades para probar y diagnosticar el sistema electrico asf como componentes individuales tales como generadores, transformadores, contactores, filtros, dispositivos de conmutacion semiconductores, etc. El metodo 400, tal como se describio anteriormente, que se usa para monitorizar el filtro de red 102 esta implementado como parte del sistema de diagnostico. Puede implementarse tambien un esquema de monitorizacion de temperatura de filtro para complementar el metodo 400.

Pueden usarse tambien otros metodos de prueba en un sistema de diagnostico de sistema electrico de este tipo, o bien para el filtro de red 102, cualquier otro componente individual, o para una coleccion de componentes. Por ejemplo, pueden usarse pruebas de temperatura de recinto, monitorizacion de parametros electricos, analisis de respuestas de frecuencia, deteccion de descargas parciales, o cualquier otro esquema de pruebas como parte del sistema de diagnostico. Un sistema de diagnostico de este tipo puede comprender tambien una funcionalidad tal como el control de determinados componentes individuales, o una coleccion de componentes en el sistema. El sistema de diagnostico podna tambien modificar la produccion de potencia del generador de turbina eolica en respuesta a determinados defecto detectados, o apagar la turbina de manera preventiva. Puede tener tambien una entrada en el programa de mantenimiento de la turbina eolica, dando lugar a una llamada de mantenimiento, en respuesta a una determinacion de que un componente esta cerca del fallo.

Algunas partes de la descripcion anterior se presentan explfcita o implfcitamente en terminos de algoritmos y

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15

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25

30

35

40

45

50

55

representaciones de funciones o simbolicas de operaciones con datos dentro de una memoria de ordenador. Estas descripciones algontmicas y representaciones de funciones o simbolicas son los medios usados por aquellos expertos en las tecnicas de procesamiento de datos para transmitir de la manera mas eficaz la sustancia de su trabajo a otros expertos en la tecnica. Se considera en este caso, y generalmente, que un algoritmo es una secuencia de etapas autoconsistente que conduce a un resultado deseado. Las etapas son aquellas que requieren manipulaciones ffsicas de cantidades ffsicas, tales como senales electricas, magneticas u opticas que pueden almacenarse, transferirse, combinarse, compararse, y manipularse de otro modo.

A menos que se especifique de otro modo, y como es evidente a partir de lo siguiente, se apreciara que, a lo largo de la presente memoria descriptiva, las descripciones que usan terminos tales como “escanear”, “calcular”, “determinar”, “sustituir”, “generar”, “inicializar”, “emitir”, o similares, se refieren a la accion y procedimientos de un sistema informatico, o un dispositivo electronico similar, que manipula y transforma los datos representados como cantidades ffsicas dentro del sistema informatico en otros datos representados de manera similar como cantidades ffsicas dentro del sistema informatico u otros dispositivos de almacenamiento, transmision o visualizacion de informacion.

La presente memoria descriptiva tambien da a conocer aparatos, tales como el procesador 110, para realizar las operaciones de los metodos. Tal aparato puede construirse especialmente para los fines requeridos, o puede comprender un ordenador para fines generales u otro dispositivo activado o reconfigurado de manera selectiva por un programa informatico almacenado en el ordenador. Los algoritmos y visualizaciones presentadas en el presente documento no estan relacionados de manera inherente con ningun ordenador particular u otro aparato. Pueden usarse diversas maquinas con fines generales con programas segun las ensenanzas en el presente documento. Alternativamente, puede ser apropiada la construccion de aparatos mas especializados para realizar las etapas del metodo requeridas. La estructura de un ordenador convencional de uso general se mostrara a partir de la descripcion a continuacion.

Ademas, la presente memoria descriptiva tambien da a conocer impffcitamente un programa informatico, en el que sera evidente para el experto en la tecnica que las etapas individuales del metodo descrito en el presente documento pueden ponerse en marcha mediante codigo informatico. No se pretende que el programa informatico se limite a ningun lenguaje de programacion particular y a la implementacion del mismo. Se apreciara que pueden usarse una variedad de lenguajes de programacion y codificacion de los mismos para implementar las ensenanzas de la divulgacion contenida en el presente documento. Ademas, no se pretende que el programa informatico se limite a ningun flujo de control particular.

Ademas, puede realizarse una o mas de las etapas del programa informatico en paralelo en vez de de manera secuencial. Un programa informatico de este tipo puede almacenarse en cualquier medio legible por ordenador. El medio legible por ordenador puede incluir dispositivos de almacenamiento tales como discos magneticos u opticos, chips de memoria, u otros dispositivos de almacenamiento adecuados para interconectarse con un ordenador de uso general. El medio legible por ordenador puede incluir tambien un medio cableado tal como se ejemplifica en el sistema de Internet, o un medio inalambrico tal como se ejemplifica en el sistema de telefonos moviles GSM. Cuando se carga y se ejecuta el programa informatico en un ordenador de uso general de este tipo da como resultado de manera eficaz un aparato que implementa las etapas del metodo preferido.

La invencion puede implementarse tambien como modulos de hardware. Mas particularmente, en el sentido del hardware, un modulo es una unidad de hardware funcional disenada para usarse con otros componentes o modulos. Por ejemplo, un modulo puede implementarse usando componentes electronicos discretos, o puede formar una parte de un circuito electronico completo tal como un circuito integrado espedfico de aplicacion (ASIC). Existen otras numerosas posibilidades. Los expertos en la tecnica apreciaran que el sistema tambien puede implementarse como una combinacion de modulos de hardware y software.

El metodo y sistema del ejemplo de realizacion puede implementarse en un sistema informatico 500, mostrado esquematicamente en la figura 7. Puede implementarse como software, tal como un programa informatico que se ejecuta dentro del sistema informatico 500, y que da instrucciones al sistema informatico 500 para llevar a cabo el metodo del ejemplo de realizacion.

El sistema informatico 500 puede incluir un modulo de ordenador 502, modulos de entrada tales como un teclado 504 y raton 506 y una pluralidad de dispositivo de salida tales como un dispositivo de visualizacion 508, e impresora 510. Se entiende que tanto el sistema informatico 500 como los diversos dispositivos de entrada y salida pueden ubicarse alejados del generador de turbina eolica 100. Alternativamente, pueden ubicarse partes del sistema informatico 500 con el generador de turbina eolica 100, mientras que otras partes se ubican de manera alejada. Tambien se entiende que pueden usarse multiples sistemas informaticos para implementar diversas partes del metodo 400 tal como se describio anteriormente.

El modulo de ordenador 502 puede conectarse a una red de ordenadores 512 por medio de un dispositivo transceptor adecuado 514, para permitir el acceso por ejemplo a Internet u otros sistemas de red tales como red de area local (LAN) o red de area extensa (WAN).

El modulo de ordenador 502 en el ejemplo incluye un procesador 518, una memoria de acceso aleatorio (RAM) 520 y una memoria de solo lectura (ROM) 522. El modulo de ordenador 502 tambien incluye diversas interfaces de entrada/salida (I/O), por ejemplo la interfaz I/O 524 al dispositivo de visualizacion 508, y la interfaz I/O 526 al teclado 504. Los componentes del modulo de ordenador 502 se comunican normalmente por medio de un bus 528 5 interconectado y de una manera conocida para el experto en la tecnica relevante.

El programa de aplicacion puede suministrarse al usuario del sistema informatico 500 codificado en un medio de almacenamiento de datos tal como un CD-ROM o portador de memoria flash y leerse usando un controlador de medio de almacenamiento de datos correspondiente de un dispositivo de almacenamiento de datos 530. El programa de aplicacion se lee y controla en su ejecucion mediante el procesador 518. Puede lograrse el 10 almacenamiento intermedio de datos de programa usando la RAM 720.

Las realizaciones de la presente invencion proporcionan varias ventajas. Dado que el sistema y metodo pueden implementarse usando mediciones de tension y corriente disponibles actualmente, no se necesita instalar ningun hardware adicional en el WTG. El sistema y metodo proporcionan una opcion economica para determinar una condicion de defecto en uno o mas filtros de potencia conectados al WTG. Por tanto, el sistema y metodo actuales 15 pueden usarse para alertar a un operario de un fallo de filtro de potencia antes de que se produzca cualquier dano en los componentes del WTG.

Las realizaciones de la presente invencion proporcionan un sistema y metodo para detectar de manera precisa todos los fallos de los filtros de potencia. El metodo proporciona comprobaciones para indicar si el resultado de la deteccion no es preciso. El metodo puede detectar fallos de los filtros de potencia no solo bajo tension nominal sino 20 tambien bajo tensiones de red de funcionamiento permitidas.

Claims

10

15 2.

3.

20

4.

25

30

5.

35

40

REIVINDICACIONES

Metodo para determinar un defecto en un filtro de potencia (102) de un generador de turbina eolica (30, 150), comprendiendo el metodo las etapas de:

calcular una potencia reactiva consumida por el filtro de potencia; y

comparar la potencia reactiva calculada con una potencia reactiva umbral predefinida para determinar dicho defecto,

en el que dicha potencia reactiva calculada esta basada en un valor medido de una corriente de polo de convertidor y uno de una tension de polo de convertidor para cada cable de fase del generador de turbina eolica,

caracterizado porque

dichos valores medidos se obtienen en una transicion desde un estado de precarga hasta un estado de marcha del generador de turbina eolica, en el que el estado de precarga consiste en precargar un condensador de enlace de CC conectado a uno de un polo de convertidor del generador de turbina eolica, mientras el filtro de potencia esta desconectado.

Metodo segun la reivindicacion 1, en el que la etapa de calcular la potencia reactiva consumida por el filtro de potencia comprende calcular una potencia reactiva promedio consumida por un polo de convertidor de red del generador de turbina eolica durante un periodo de tiempo.

Metodo segun la reivindicacion 2, en el que la etapa de calcular la potencia reactiva promedio consumida por un polo de convertidor de red comprende ademas ajustar la potencia reactiva promedio consumida por el polo de convertidor de red mediante un factor de tension para determinar una potencia reactiva promedio ajustada consumida por el polo de convertidor de red.

Metodo segun la reivindicacion 1, en el que la etapa de calcular la potencia reactiva consumida por el filtro de potencia comprende ademas:

calcular una potencia reactiva promedio ajustada consumida en dicho estado de precarga por una fuente de alimentacion auxiliar (142) del generador de turbina eolica;

calcular una potencia reactiva promedio ajustada consumida tanto por la fuente de alimentacion auxiliar como por el filtro de potencia en dicho estado de marcha; y

calcular la potencia reactiva promedio consumida solo por el filtro de potencia basandose en los valores de la potencia reactiva promedio consumida por la fuente de alimentacion auxiliar y la potencia reactiva promedio consumida tanto por la fuente de alimentacion auxiliar como por el filtro de potencia.

Metodo segun la reivindicacion 4, en el que:

la etapa de calcular una potencia reactiva promedio ajustada consumida por dicha fuente de alimentacion auxiliar en dicho estado de precarga comprende ademas:

conectar el condensador de enlace de CC (125) a un polo de convertidor de dicho generador de turbina eolica;

precargar dicho condensador de enlace de CC mientras dicho filtro de potencia esta desconectado; y

obtener dichos valores medidos durante dicho estado de precarga;

la etapa de calcular una potencia reactiva promedio ajustada consumida tanto por la fuente de alimentacion auxiliar como por el filtro de potencia en dicho estado de marcha comprende ademas:

conectar electricamente dicho filtro de potencia;

proporcionar un retardo;

calcular dicha potencia reactiva promedio ajustada consumida tanto por la fuente de alimentacion auxiliar como por el filtro de potencia durante dicho periodo de tiempo; y

desconectar dicho condensador de enlace de CC.

Metodo segun una cualquiera de las reivindicaciones 2-4, en el que un ciclo fundamental es de 0,02 segundos y el periodo de tiempo es de uno o mas ciclos fundamentales.

5 8.

10

15

20

9.

10.

25

11.

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35

12.

40

Metodo segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho filtro de potencia es uno de un filtro de potencia del lado de red, un filtro dv/dt del lado de maquina, o un filtro de estator, y dicho defecto es al menos uno de un fallo en un fusible, un fallo en un condensador, o un fallo en una conexion de dicho filtro de potencia.

Sistema para detectar un defecto en un filtro de potencia (102) de un generador de turbina eolica (30, 150), comprendiendo el sistema:

un procesador informatico (518); y

una pluralidad de sensores (155, 160) conectados electricamente a dicho generador de turbina eolica y dicho procesador informatico; en el que

dicho procesador informatico esta configurado para:

calcular una potencia reactiva consumida por el filtro de potencia basandose en datos de dichos sensores; y

en el que dichos sensores proporcionan un valor medido de una corriente de polo de convertidor y uno de una tension de polo de convertidor para cada cable de fase del generador de turbina eolica,

caracterizado porque

Sistema segun la reivindicacion 8, en el que dicho procesador calcula una potencia reactiva promedio consumida por un polo de convertidor de red del generador de turbina eolica durante un periodo de tiempo.

Sistema segun la reivindicacion 9, en el que dicho procesador calcula ademas una potencia reactiva promedio consumida por un polo de convertidor de red ajustando la potencia reactiva promedio consumida por el polo de convertidor de red mediante un factor de tension para determinar una potencia reactiva promedio ajustada consumida por el polo de convertidor de red.

Sistema de cualquiera de las reivindicaciones 8-10, en el que el procesador calcula la potencia reactiva consumida por el filtro de potencia:

calculando una potencia reactiva promedio ajustada consumida en un estado de precarga por una fuente de alimentacion auxiliar del generador de turbina eolica;

calculando una potencia reactiva promedio ajustada consumida tanto por la fuente de alimentacion auxiliar como por el filtro de potencia en un estado de marcha; y

calculando la potencia reactiva promedio consumida solo por el filtro de red basandose en los valores de la potencia reactiva promedio consumida por la fuente de alimentacion auxiliary la potencia reactiva promedio consumida tanto por la fuente de alimentacion auxiliar como por el filtro de potencia.

Sistema segun la reivindicacion 11, en el que:

dicho procesador calcula dicha potencia reactiva promedio ajustada consumida por dicha fuente de alimentacion auxiliar en dicho estado de precarga:

conectando el condensador de enlace de CC a un polo de convertidor de dicho generador de turbina eolica;

precargando dicho condensador de enlace de CC mientras dicho filtro de potencia esta desconectado; y

obteniendo dichos valores medidos durante dicho estado de precarga; y

dicho procesador calcula dicha potencia reactiva promedio ajustada consumida tanto por la fuente de alimentacion auxiliar como por el filtro de potencia en dicho estado de marcha:

conectando electricamente dicho filtro de potencia;

proporcionando un retardo;

calculando dicha potencia reactiva promedio ajustada consumida tanto por la fuente de alimentacion auxiliar como por el filtro de potencia durante dicho periodo de tiempo; y

desconectando dicho condensador de enlace de CC.

13. Medio legible por ordenador que contiene un codigo de programa informatico para determinar un defecto en 5 un filtro de potencia de un generador de turbina eolica, estando el codigo informatico configurado para

hacer funcionar el metodo segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7.