ES2586377T3 - Procedimiento para la operación de una instalación de energía eólica - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la operación de una instalación de energía eólica con respectivamente un generador eléctrico, que se puede accionar mediante un rotor, para el suministro de potencia eléctrica al menos a una red eléctrica (6, 7), en particular, a los consumidores conectados a ésta, un aparato de registro de tensión (22, 27), en el que al aparato de registro de tensión (22, 27) se le asocia un dispositivo de regulación (10), en el que el aparato de registro de tensión (22, 27) registra la tensión en puntos predeterminados en la red (6, 7) y la transmite al dispositivo de regulación (10), en el que el ángulo de fase (Φ ) entre la corriente y tensión de la potencia eléctrica alimentada por la instalación o las instalaciones de energía eólica se modifica en dependencia del valor de al menos una tensión registrada en la red por el dispositivo de regulación (10), caracterizado porque los valores a ajustar para el ángulo de fase (Φ ) se derivan de los valores predeterminados de una curva característica, donde para los valores de tensión de red por debajo del primer valor de tensión se ajusta un ángulo de fase mínimo (Φ mín.), - para los valores de tensión de red entre el primer valor de tensión y un segundo valor de tensión (Umín.) se ajusta un ángulo de fase que presenta una dependencia lineal del valor de tensión, - para los valores de tensión de red entre el segundo valor de tensión (Umín.) y un tercer valor de tensión (Umáx.) permanece inalterado el ángulo de fase, - para los valores de tensión de red entre el tercer valor de tensión (Umáx.) y un cuarto valor de tensión se ajusta un ángulo de fase que presenta una dependencia lineal del valor de tensión, para valores de tensión por encima del cuarto valor de tensión se ajusta un ángulo de fase máximo (Φ máx.) y porque luego cuando la tensión se desvía de su valor nominal (Unom.), que se sitúa entre el segundo valor de tensión (Umín.) y el tercer valor de tensión (Umáx.), el ángulo de fase (Φ ) se modifica conforme a la curva característica, de manera que se alimenta potencia reactiva inductiva o capacitiva, en dependencia del signo de la desviación, para estabilizar de esta manera la tensión en el punto de registro de tensión (22).
Description
DESCRIPCION
Procedimiento para la operacion de una instalacion de ene^a eolica.
5 La presente invencion trata de un procedimiento para la operacion de una instalacion de energfa eolica con un generador electrico, que se puede accionar mediante un rotor, para el suministro de potencia electrica a una red electrica y, especialmente, a los consumidores conectados a esta.
La presente invencion trata, asimismo, de una instalacion de energfa eolica, especialmente, para la realizacion de un 10 procedimiento de este tipo, con un rotor y con un generador electrico, acoplado al rotor, para el suministro de potencia electrica a una red electrica, asf como de un parque eolico con, al menos, dos instalaciones de energfa eolica.
En las instalaciones de energfa eolica conocidas para la generacion de energfa electrica a partir de la energfa del 15 viento, el generador se acciona en servicio en paralelo con un consumidor electrico, frecuentemente una red electrica. Durante el funcionamiento de la instalacion de energfa eolica, la potencia electrica activa producida por el generador puede variar en dependencia de la velocidad actual de viento. Esto provoca que tambien la tension de la red, por ejemplo, en un punto de alimentacion, pueda cambiar en dependencia de la velocidad actual del viento.
20 En el caso de la alimentacion de la potencia electrica generada a una red electrica, por ejemplo, a una red publica de corriente, se pueden producir por esa razon variaciones de la tension de la red. Estas variaciones solo son permisibles, sin embargo, dentro de lfmites muy estrechos en interes de un funcionamiento seguro de los consumidores conectados.
25 Desviaciones mayores del valor nominal de la tension en la red de distribucion, especialmente, el plano de tension media, se pueden compensar, por ejemplo, a traves del accionamiento de dispositivos de conmutacion como los transformadores con tomas, accionando estos cuando se sobrepasan o no se alcanzan valor lfmite predeterminados. De esta forma se mantiene basicamente constante la tension de la red dentro de lfmites de tolerancia predeterminados.
30
Por el documento WO 93/11604 se conoce una instalacion de energfa eolica del tipo “variable speed variable pitch (velocidad variable paso variable)”, en la que la potencia electrica, producida por el generador de la instalacion de energfa se alimenta en una red a traves de una unidad de conversion que se compone de un rectificador y ondulador y filtro aguas abajo correspondiente y un transformador.
35
El objetivo de la presente invencion es dar a conocer un procedimiento para la operacion de una instalacion de energfa eolica, asf como una instalacion de energfa eolica o un parque eolico, que incluso en caso de variaciones en el suministro de potencia activa esten en condiciones de reducir o, al menos, no aumentar significativamente las variaciones no deseadas de la tension en un punto predeterminado en la red, en comparacion con la situacion sin la 40 instalacion o instalaciones de energfa eolica.
La invencion alcanza el objetivo en un procedimiento del tipo mencionado al inicio, porque el angulo de fase 9 de la potencia electrica proporcionada por la instalacion o las instalaciones de energfa eolica se modifica en dependencia de al menos una tension registrada en la red.
45
En una instalacion de energfa eolica del tipo mencionado al inicio se alcanza el objetivo mediante un dispositivo que esta en condiciones para la realizacion del procedimiento segun la invencion.
En un parque eolico del tipo mencionado al inicio, este objetivo se alcanza mediante, al menos, un dispositivo que 50 esta en condiciones para la realizacion del procedimiento segun la invencion y mediante un dispositivo de registro de tension, en cada caso, para cada parte regulable por separado del parque eolico.
La invencion evita variaciones no deseadas de la tension conectada en el consumidor, especialmente de la tension electrica existente en la red, al modificarse el angulo de fase de la potencia suministrada en dependencia de la 55 tension del consumidor o de la red. Asf se compensan variaciones no deseadas de la tension que resultan de modificaciones de la potencia activa suministrada por la instalacion o las instalaciones de energfa eolica y/o de la potencia tomada de la red por los consumidores.
De forma especialmente preferida se modifica el angulo de fase de modo que la tension permanece basicamente
constante al menos en un punto predeterminado de la red. En este sentido hay que registrar la tension al menos en un punto de la red para obtener la magnitud de regulacion requerida.
Especialmente, este punto puede ser distinto al punto de alimentacion. Se puede crear una regulacion efectiva y de 5 reaccion rapida traves de este registro de la tension y de una modificacion adecuada del angulo de fase de la potencia electrica suministrada por la instalacion o las instalaciones de energfa eolica.
En una forma de realizacion especialmente preferida, los valores, que se deben ajustar para el angulo de fase, se derivan de valores caractensticos predeterminados. Estos valores caractensticos se pueden facilitar, 10 preferiblemente, como una tabla en la que este reflejada una familia de caractensticas, determinada previamente, en forma de valores discretos que permite una derivacion del angulo de fase que se debe ajustar.
En una variante preferida de la invencion, la regulacion puede causar directa o indirectamente que, cuando las variaciones de tension hayan sobrepasado los valores lfmite predeterminados, se vuelva a llevar la tension al 15 intervalo de tolerancia mediante el accionamiento de un dispositivo de conmutacion en la red, por ejemplo, un transformador con tomas. Al mismo tiempo o de manera adicional, el angulo de fase se ajusta para un intervalo de tiempo predeterminado a un valor constante, preferiblemente a un valor medio, por ejemplo, cero, con el fin de poder compensar las variaciones de tension que aparecen a continuacion, de nuevo a traves de una modificacion adecuada del angulo de fase.
20
En una variante especialmente preferida de la invencion tambien se pueden realizar por separado en zonas parciales de la red, desconectadas electricamente, registros de tension y ajustes del angulo de fase correspondientes para regular cada zona parcial de modo que la tension permanezca basicamente constante en cada una de las zonas parciales.
25
En una variante de la instalacion de energfa eolica segun la invencion esta compuesta ventajosamente en una variante existe un dispositivo de regulacion que presenta un microprocesador, pues asf se puede realizar una regulacion digital.
30 En una variante del parque eolico, mencionado al inicio, existe un dispositivo en condiciones de realizar el procedimiento segun la invencion y un dispositivo de registro de tension para cada parte, regulable por separado, del parque eolico de manera que las zonas parciales, desconectadas electricamente, de la red se pueden regular por separado de modo que la tension permanece basicamente constante en cada zona parcial de la red.
35 La invencion se explica a continuacion mediante un ejemplo de realizacion de un procedimiento para el accionamiento de una instalacion de energfa eolica, haciendose referencia a los dibujos. Muestra:
Fig. 1 una instalacion de energfa eolica que alimenta una red, en representacion simplificada,
40 Fig. 2 un dispositivo de regulacion, segun la invencion, para el accionamiento de una instalacion de energfa eolica,
Fig. 3 una representacion que explica la relacion entre la tension de la red y el angulo de fase,
Fig. 4 componentes basicos del dispositivo de regulacion mostrado en la figura 2 y 45
Fig. 5 una representacion simplificada de una regulacion comun o por separado, segun la situacion de la red, para varias instalaciones de energfa eolica.
Una instalacion de energfa eolica (2) con un rotor (4), representada esquematicamente en la figura 1, esta 50 conectada a una red electrica (6) que puede ser, por ejemplo, una red publica. Varios consumidores electricos (8) estan conectados a la red. El generador electrico, no representado en la figura 1, de la instalacion de energfa eolica (2) esta acoplado a un dispositivo electrico de control y regulacion (10) que primero rectifica la corriente alterna producida en el generador y a continuacion la transforma en una corriente alterna con una frecuencia que se corresponde con la frecuencia de la red. El dispositivo de control y regulacion (10) presenta un dispositivo de 55 regulacion segun la invencion.
En un punto cualquiera (22) en la red (6) puede estar previsto un dispositivo de registro de tension que devuelve una magnitud de regulacion correspondiente al dispositivo de regulacion (10).
La figura 2 muestra el dispositivo de regulacion segun la invencion. El rotor (4), representado esquematicamente, esta acoplado a un generador (12) que produce una potencia electrica que puede depender de la velocidad del viento. La corriente alterna, producida en el generador (12(, primero se puede rectificar y a continuacion se puede transformar en una corriente alterna que presenta una frecuencia que se corresponde con la frecuencia de la red.
5
Mediante un captador de tension (no representado) se mide la tension de la red en un punto (22) de la red (6). En dependencia de la tension de red detectada, dado el caso a traves de un microprocesador representado en la figura 4, se calcula un angulo ^ de fase optimo. Mediante el dispositivo de regulacion se ajusta la tension U de red al valor Unom. deseado. A traves de la modificacion del angulo de fase se regula la potencia electrica suministrada por el 10 generador (12) a la red (6).
La representacion, mostrada en la figura 3, explica la relacion entre la tension en la red y el angulo de fase. Cuando la tension se aparta de su valor nominal Unom. situado entre el valor Umin. y Umax. de tension, se modifica el angulo ^ de fase en correspondencia con la caractenstica en el diagrama de modo que se alimenta potencia reactiva 15 inductiva o capacitiva, en dependencia del signo de la desviacion, para estabilizar asf la tension en el punto de registro de tension (22 en la figura 1).
La figura 4 muestra componentes basicos del dispositivo de control y regulacion (10) de la figura 1. El dispositivo de control y regulacion (10) presenta un rectificador (16), con el que se rectifica la corriente alterna producida en el 20 generador. Un convertidor de frecuencia (18), conectado al rectificador (16), transforma la corriente continua, rectificada primero, en una corriente alterna que se alimenta como corriente alterna trifasica a la red (6) a traves de las lmeas L1, L2 y L3.
El convertidor de frecuencia (18) se controla a traves de un microprocesador (20) que es parte del conjunto del 25 dispositivo de regulacion. Con este fin el microprocesador (20) esta acoplado al convertidor de frecuencia (18). Como magnitudes de entrada del microprocesador (20) esta prevista la tension U de red actual, la potencia electrica P del generador, el valor nominal de la tension Unom. de red, asf como el gradiente dP/dt de potencia. En el microprocesador (20) se realiza la modificacion, segun la invencion, de la potencia que se debe alimentar.
30 En la figura 5 estan representadas dos instalaciones de energfa eolica (2) como ejemplo de un parque eolico. Un dispositivo de regulacion (10) esta asignado a cada una de estas instalaciones de energfa eolica (2) que naturalmente pueden simbolizar tambien en cada caso una pluralidad de instalaciones de energfa eolica. El dispositivo de regulacion (10) registra la tension en puntos predeterminados (22, 27) de la red (6, 7) y la transmite a traves de lmeas (25, 26) hasta el dispositivo de regulacion (10) asignado en cada caso.
35
Las zonas parciales de la red (6, 7) se pueden conectar o desconectar entre sf mediante un dispositivo de conmutacion (23). Paralelamente a este dispositivo de conmutacion (23) esta previsto un dispositivo de conmutacion (24) que permite conectar o desconectar entre sf ambos dispositivos de regulacion (10) en correspondencia con el estado de conmutacion del dispositivo de conmutacion (23).
40
Esto significa que cuando ambas zonas parciales de la red (6, 7) estan unidas entre sf, tambien se unen entre sf ambos dispositivos de regulacion (10), de modo que toda la red se considera una unidad y todo el parque eolico la alimenta como una unidad, regulandose unificadamente el parque eolico en dependencia de la tension en el punto de registro (22, 27).
45
Cuando el dispositivo de conmutacion (23) desconecta ambas zonas parciales (6, 7), tambien se desconectan entre sf los dispositivos de regulacion (10), de modo que una parte del parque eolico es vigilada desde un punto de registro (27) a traves de una lmea (26) por la regulacion (10) la parte asignada del parque eolico se puede regular de forma correspondiente, mientras que la otra zona parcial de la red (7) es vigilada desde un punto de registro (27) a 50 traves de una lmea (26) por la regulacion (10) que regula correspondientemente la otra parte del parque eolico para estabilizar la tension en la zona parcial de la red 7.
Naturalmente, esta division no tiene que estar limitada a dos zonas parciales. Esta division puede llegar hasta una asignacion de una instalacion individual a una zona parcial de la red.
55
En el caso de que la regulacion descrita antes presente, especialmente durante el registro de datos de medicion, una tolerancia distinta que la del dispositivo de conmutacion ya existente en la red (transformadores con tomas), puede ocurrir en ciertas condiciones que ambos dispositivos, por una parte la regulacion descrita antes y por otra parte el dispositivo de conmutacion, se influyan mutuamente de modo que se produce un tipo de efecto “ping-pong”,
conmutando, por ejemplo, el transformador con tomas y cambiando as^ la tension en la red de manera que se activa la regulacion descrita segun la invencion. Mediante esta regulacion activada se modifica, a su vez, la tension en la red de modo que el transformador con tomas se conecta y asf continua.
5 Con el fin de contrarrestar este efecto “ping-pong” no deseado, en otra forma de realizacion de la invencion puede estar previsto usar el resultado de medicion del dispositivo de conmutacion (por ejemplo, del transformador con tomas) como senal de entrada para el dispositivo de regulacion segun la invencion. Sin embargo, en ciertas condiciones esto encierra la desventaja de una disminucion de la exactitud del resultado de la medicion, pero elimina el riesgo de que los componentes se influyan mutuamente de forma continua, contribuyendo al objetivo propuesto.
10
El angulo de fase, descrito en la presente solicitud, es el angulo entre la corriente y la tension de la potencia electrica suministrada del generador de la instalacion de energfa eolica. Si el angulo de fase es 0°, se alimenta solo potencia activa. Si el angulo de fase es t 0°, ademas de la potencia activa tambien se alimenta un porcentaje de potencia reactiva, no teniendo que ir acompanada necesariamente una modificacion del angulo de fase por un aumento o una 15 disminucion de la potencia aparente, sino que la potencia aparente tambien puede permanecer constante en general, pero cambiando despues los porcentajes, en cuanto al valor, entre la potencia reactiva y la potencia activa en correspondencia con el ajuste del angulo de fase.
Como se ha descrito, un objetivo de la invencion es reducir las variaciones no deseadas de la tension en un punto 20 predeterminado de la red o, al menos, que no aumenten significativamente al conectarse una instalacion de energfa eolica. Con este fin esta previsto que el angulo de fase de la potencia electrica, que debe suministrar la instalacion de energfa eolica (o el parque eolico), se pueda variar de forma adecuada para compensar variaciones de la tension. Un dispositivo que ya existe por regla general en las instalaciones de energfa eolica y en la red, concretamente un llamado transformador con tomas (no representado), persigue basicamente el mismo objetivo. Debido a la capacidad 25 del transformador con tomas de modificar la relacion de transmision mediante procesos de conmutacion, se puede influir tambien en la tension en la red o, al menos, en el lado secundario del transformador. Esto es posible solo en escalones que se correspondan con los escalones de conmutacion del transformador con tomas.
Con este fin un transformador con tomas de este tipo dispone por regla general de la posibilidad de registrar la 30 tension de la red. Cuando esta tension sobrepasa o no alcanza valores lfmite predeterminados, se inicia un proceso de conmutacion del transformador con tomas, regresando asf la tension de red a un intervalo de tolerancia predeterminado.
Tambien la instalacion de energfa eolica, o sus onduladores, vigila la tension en la red y trata mediante medidas 35 adecuadas de mantener esa tension dentro de un intervalo de tolerancia predeterminado. Dado que seguramente estos intervalos de tolerancia no son exactamente congruentes, puede surgir una situacion en la que la instalacion de energfa eolica y el transformador con tomas trabajen uno contra otro, al realizar el transformador con tomas el escalonamiento de forma alternante hacia arriba y hacia abajo y al tratar la instalacion de energfa eolica de forma alternante, a la inversa, de reducir y elevar la tension. Se puede comprender facilmente que de ello resulta un 40 empeoramiento no aceptable de la estabilidad de la tension en la red.
Con el fin de evitar el efecto descrito antes, se instruye, por una parte, que la tension, transmitida como magnitud de medida a la instalacion de energfa eolica, se registre en un punto diferente al punto de alimentacion y/o, por otra parte, que la regulacion pueda provocar de forma directa o indirecta el accionamiento de un dispositivo de 45 conmutacion en la red. Este otro punto tambien puede ser, naturalmente, el transformador con tomas, de modo que el ondulador se controla con los mismos valores de tension que el transformador con tomas. Con ello se puede evitar, por una parte, el trabajo en sentido contrario del transformador con tomas y del control del ondulador debido a desviaciones de la tolerancia. Por otra parte, la instalacion de energfa puede iniciar (accionamiento indirecto) de forma dirigida, mediante una alimentacion correspondiente de potencia reactiva, un proceso de conmutacion en el 50 transformador con tomas o realizar (directamente) un proceso de conmutacion de este tipo a traves de una lmea de control.
El operador de la red podna desear que la instalacion de energfa eolica genere potencia reactiva que se debe transmitir en el otro lado del transformador con tomas. Dado que la alimentacion de energfa reactiva provoca 55 siempre una modificacion de la tension en la red, se iniciana de esta forma un accionamiento indirecto del transformador con tomas y precisamente esto no es conveniente en esta situacion, siendo por tanto contraproducente.
La solucion de este problema consiste en suprimir precisamente este proceso de conmutacion del transformador con
tomas, concretamente el escalonamiento ascendente y descendente. Con esta supresion del escalonamiento se hace referencia a la “no conexion” del interruptor para poder transmitir as^ la potencia reactiva deseada al otro lado del transformador con tomas.
Claims (4)
- REIVINDICACIONES1. Procedimiento para la operacion de una instalacion de ene^a eolica con respectivamente ungenerador electrico, que se puede accionar mediante un rotor, para el suministro de potencia electrica al menos a 5 una red electrica (6, 7), en particular, a los consumidores conectados a esta,un aparato de registro de tension (22, 27), en el que al aparato de registro de tension (22, 27) se le asocia un dispositivo de regulacion (10),10 en el que el aparato de registro de tension (22, 27) registra la tension en puntos predeterminados en la red (6, 7) y la transmite al dispositivo de regulacion (10), en el que el angulo de fase (9) entre la corriente y tension de la potencia electrica alimentada por la instalacion o las instalaciones de energfa eolica se modifica en dependencia del valor de al menos una tension registrada en la red por el dispositivo de regulacion (10),15 caracterizado porque los valores a ajustar para el angulo de fase (9) se derivan de los valores predeterminados de una curva caractenstica, dondepara los valores de tension de red por debajo del primer valor de tension se ajusta un angulo de fase mmimo (9min),20 - para los valores de tension de red entre el primer valor de tension y un segundo valor de tension (Umin.) se ajusta un angulo de fase que presenta una dependencia lineal del valor de tension,- para los valores de tension de red entre el segundo valor de tension (Umin.) y un tercer valor de tension (Umax.) permanece inalterado el angulo de fase,25- para los valores de tension de red entre el tercer valor de tension (Umax.) y un cuarto valor de tension se ajusta un angulo de fase que presenta una dependencia lineal del valor de tension,para valores de tension por encima del cuarto valor de tension se ajusta un angulo de fase maximo (9max.) y porque 30 luego cuando la tension se desvfa de su valor nominal (Unom), que se situa entre el segundo valor de tension (Umin.) y el tercer valor de tension (Umax), el angulo de fase (9) se modifica conforme a la curva caractenstica, de manera que se alimenta potencia reactiva inductiva o capacitiva, en dependencia del signo de la desviacion, para estabilizar de esta manera la tension en el punto de registro de tension (22).35 2. Procedimiento segun la reivindicacion 1, para la operacion de un parque eolico que se compone dezonas parciales regulables por separado, que se componen por al menos dos instalaciones de energfa eolica, con respectivamente- un generador electrico, que se puede accionar mediante un motor, para el suministro de potencia electrica al 40 menos a una red electrica (6, 7), que se compone de zonas parciales separables unas de otras mediante undispositivo de conmutacion (23, 24), en particular, a los consumidores conectados a esta,- un aparato de registro de tension (22, 27) para cada parte regulable por separado del parque eolico, en el que cada vez a un aparato de registro de tension (22, 27) se le asocia un dispositivo de regulacion (10),45en el que el aparato de registro de tension (22, 27) registra la tension en puntos predeterminados en la red (6, 7) y la transmite al respectivo dispositivo de regulacion (10) asociado, en el que el angulo de fase (9) entre la corriente y tension de la potencia electrica alimentada por la instalacion o las instalaciones de energfa eolica se modifica en dependencia de al menos una tension registrada en la red por el dispositivo de regulacion (10).50
- 3. Procedimiento segun una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado porque el dispositivo de regulacion (10) rectifica la corriente alterna generada en el generador mediante un rectificador (16).55
- 4. Procedimiento segun una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado porque el dispositivo de regulacion (10) convierte la corriente continua rectificada en primer lugar en una corriente alterna mediante un convertidor de frecuencia (18).
- 5. Procedimiento segun lacaracterizado porque el convertidor 5 microprocesador (20),conteniendo el microprocesador como magnitudes de entrada la tension de red actual (U), la potencia electrica (P) del generado, el valor nominal de la tension de red (Unom.) asf como el gradiente de potencia (dP/dt).10 6. Procedimiento segun una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado porque el aparato de registro de tension (22, 27) transmite la tension en puntos predeterminados en la red (6, 7) a traves de las lmeas (25, 26) hasta el dispositivo de regulacion (10) asociado en cada caso.15 7. Procedimiento segun una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado porque la regulacion puede provocar de forma directa o indirecta la actuacion de un dispositivo de conmutacion en la red.20 8. Procedimiento segun una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado porque el angulo de fase se modifica de forma capacitiva o inductiva en dependencia de al menos una tension registrada en la red, hasta que la tension adopta un valor nominal predeterminado.25 9. Instalacion de energfa eolica,caracterizada por un dispositivo de regulacion (10) para la realizacion del procedimiento segun una de las reivindicaciones anteriores.reivindicacion 4,de frecuencia (18) del dispositivo de regulacion (10) se controla mediante un
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