ES2607479T3 - Control de parque durante un evento de baja tensión o de alta tensión - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para controlar un parque eólico, que comprende una pluralidad de generadores de turbina eólica (1) conectados a una red eléctrica (20), y un controlador de parque (23) que tiene un modo de funcionamiento, en el que el controlador de parque está dispuesto para controlar parámetros eléctricos, en el que el procedimiento comprende: - determinar un primer nivel de tensión en los terminales (9a) de uno o más generadores de turbina eólica (1), - determinar si el primer nivel de tensión de uno o más generadores de turbina eólica (1) está fuera de un primer intervalo predeterminado, en caso de que el primer nivel de tensión de uno o más generador(es) de turbina eólica esté fuera de un primer intervalo predeterminado, - cambiar entonces el modo de funcionamiento del controlador de parque (23) entre unos modos de funcionamiento primero y segundo, en el que el controlador de parque en el primer modo de funcionamiento está controlando un primer parámetro eléctrico, y en el que el controlador de parque en el segundo modo de funcionamiento está controlando un segundo parámetro eléctrico, siendo diferentes los parámetros primero y segundo, - despachar un punto de ajuste según el segundo modo de funcionamiento al uno o más generadores de turbina eólica (1).
Description
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tensión más alto en un transformador 9, la potencia de CA de tensión más alta se alimenta a la red de parque eólico
18. Un vector de señales 31 que contiene información de producción de potencia acerca del generador de turbina eólica 1 individual, se comunica a una unidad lógica 28 que recibe vectores de señales similares 31 de todos los otros generadores de turbina eólica 1 en el parque eólico. La señal 31 puede contener información acerca del nivel de tensión del generador de turbina eólica, en cualquier lado del transformador 9, siendo beneficioso a menudo medir el nivel de tensión en el lado de baja tensión del transformador, y traducir posiblemente la medición a un valor en el lado de alta tensión del transformador.
La unidad lógica 28 recoge la señal 31 de la turbina 1 y la envía al controlador de parque 23. La unidad lógica puede estar integrada en el controlador de parque 23.
El controlador de parque 23 recibe un punto de ajuste 30 a seguir de por ejemplo un operario de sistema de red, y, dependiendo del parque específico, los diferentes modos de control 25, 26, 27 entre los que puede escoger el controlador de parque. Esto puede ser control de tensión 25, control de factor de potencia 26, y control de Q (potencia reactiva) 27. Una máquina de estados del controlador de parque 23 cambia el modo si así se requiere. Cuando el controlador de parque 23 determina que se ha detectado un nivel de tensión bajo o un nivel de tensión alto y que la tensión está fuera del intervalo predeterminado, entonces la máquina de estados del controlador de parque cambia el modo de control. El despachador 24 despacha entonces un nuevo punto de ajuste 34 a cada uno de los generadores de turbina eólica 1 en el parque eólico. El despachador 24 despacha o comunica regularmente puntos de ajuste 34 a los generadores de turbina eólica 1, siempre que se requiera.
Alternativamente, antes del cambio de la estrategia de control, los puntos de ajuste de potencia activa y reactiva despachados 34 del controlador de parque 23 se ajustan para adaptarse a un nivel de tensión más bajo o más alto en el terminal de conexión 9a del generador de turbina eólica 1 individual.
Con el fin de garantizar una red eléctrica 20 estable, se han establecido diversos requisitos para la conexión a la red de generadores de turbina eólica 1. Los temas de los códigos de red pueden variar, pero a menudo hay requisitos de control de tensión y control de frecuencia. Diferentes códigos de red pueden requerir diferentes características de respuesta de frecuencia de energía eólica. Cada código de red puede tener pros y contras, dependiendo de las características y necesidades del sistema de potencia particular.
En una realización con un parque eólico en el que se implementa el procedimiento según la presente invención, normalmente comprende un punto de acoplamiento común 21, tal como se mencionó anteriormente, “detrás” del punto de acoplamiento común está al menos un generador de turbina eólica con un controlador de turbina eólica conectado al punto de acoplamiento común por medio de una longitud de cableado eléctrico (a menudo cable de puesta a tierra, pero no limitándose a este, podrían ser también líneas aéreas). El al menos un generador de turbina eólica se controla a partir de un controlador de parque 23. El controlador de parque calcula un punto de ajuste global 34 para todo el parque eólico. El punto de ajuste global puede ser un vector con varios valores, tales como tensión, potencia activa, potencia reactiva, corriente activa, corriente reactiva, etc. El punto de ajuste global se envía a un algoritmo de despachador 24 que traduce el punto de ajuste global para el parque eólico en una pluralidad de puntos de ajuste, para cada generador de turbina eólica 1 individual, y despacha la pluralidad de puntos de ajuste 34 a los generadores de turbina eólica individuales.
En una realización, el controlador de parque 23 usará una señal procedente de cada uno de los generadores de turbina eólica que indica la tensión en los terminales 9a de todos los generadores de turbina eólica 1 individuales. El parque eólico puede cambiar su estrategia de modo de control de funcionamiento para eventos de baja o alta tensión en los terminales de generador de turbina eólica 9a cuando conoce la tensión en los terminales 9a de los generadores de turbina eólica. Tras la recepción de estas señales 31, el control de parque modificará su estrategia de control y despacho normal para los generadores de turbina eólica que envían estas señales. Por ejemplo, el controlador de parque se hace funcionar en modo de control de factor de potencia con una referencia capacitiva y los generadores de turbina eólica experimentan una alta tensión en los terminales (V >110%), entonces en este momento, el control de parque 23 puede cambiar su control de PF a control de tensión, o simplemente, dependiendo del número de WTG con problemas, puede modificar la estrategia de despacho para los mismos.
La transmisión del punto de ajuste real se comunica a los generadores de turbina eólica por medio de comunicación digital en fibras ópticas, cables de comunicación o comunicación por radio 32.
En una realización, una combinación entre tensión medida en el nivel de generador de turbina eólica y una estimación de la tensión, derivada usando los valores de impedancia entre punto de acoplamiento común 21 y un generador de turbina eólica específico 1, en este caso es posible calcular para cualquier escenario los valores de Q máxima y mínima (potencia reactiva) para el despachador para todos los generadores de turbina eólica para evitar la violación de los límites de tensión.
La estimación de impedancia (en principio, los datos de impedancia se basan en valores teóricos) puede calibrarse cuando se cumplen algunas condiciones, tales como el estado estable de las señales usadas en la ecuación, por tanto, la tensión de generador de turbina eólica puede usarse en combinación con las impedancias de sistema.
Una vez que se han definido los límites (inductivo y capacitivo) para la potencia reactiva, entonces, si los
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generadores de turbina eólica están alcanzando su límite específico, entonces el parque puede cambiar el modo de control si es posible, usando la máquina de estados.
De este modo, la tensión medida recibida se usa en un flujo bajo con todos los valores medidos tales como potencia activa P y potencia reactiva Q junto con los datos de impedancia para calcular los límites de Q máximos permitidos.
Esto puede simplificarse y realizarse para un conjunto de generadores de turbina eólica, en lugar de para todos los generadores de turbina eólica individuales, en el que el peor caso se coge como representativo, tal como generadores de turbina eólica con la impedancia más alta.
En una realización, las tensiones estimadas de los generadores de turbina eólica se usan en lugar de las tensiones medidas, cuando se retrasa la comunicación, y por tanto no lo suficientemente rápido como para impedir la desconexión por la acción del controlador de parque.
En una realización, el parque eólico comprende también otros dispositivos, tales como dispositivos de compensación de potencia, es decir STATCOM o condensador de conmutación etc. Estos dispositivos reciben también comandos de punto de ajuste del despachador 24.
Una realización comprende un controlador de parque 23 que usará la tensión en terminales de generadores de turbina eólica para decidir la estrategia de control a seguir en el nivel de parque. La tensión en terminales de generadores de turbina eólica se monitoriza en el control de parque y, cuando alcanza algunas condiciones de activación, tales como un intervalo de tensión, el control de parque cambiará su control o despachador. La tensión puede tener un valor de activación bajo y un valor de activación alto.
La tensión que procede de cada generador de turbina eólica como una medición o bien real o bien estimada, se usa como entrada en el controlador de parque. La tensión consiste en una parte de secuencia positiva y una parte de secuencia negativa.
La detección de la componente de tensión de secuencia positiva en la frecuencia fundamental de la tensión de distribución de energía eléctrica en condiciones desequilibradas y distorsionadas y de fallos de red es esencial para mantener el control sobre el intercambio de potencia con la red, evitando por tanto desconectar los equipos de protección, y permitiendo de ese modo un denominado mantenimiento de conexión en caso de fallo transitorio.
En una realización, el nivel de tensión se determina basándose en una parte de secuencia positiva de una señal de tensión medida. Preferiblemente, se usa la secuencia positiva de frecuencia fundamental.
A menudo, cuando se hacen funcionar parques eólicos por medio de un controlador de parque, el nivel de tensión en el punto de acoplamiento común se controla mediante un operador de sistema enviando un punto de ajuste de factor de potencia (PF) al controlador de parque.
En una realización de la presente invención, el controlador de parque 23 lee el valor de nivel de tensión real del/de los generador(es) de turbina eólica 1 como un parámetro en el protocolo de comunicación 31, el valor de nivel de tensión se compara entonces con un valor umbral, si el valor de nivel de tensión es inferior a un valor umbral inferior, entonces se ha producido una situación de baja tensión (LV), y si el valor de nivel de tensión es más alto que un valor umbral más alto, entonces se ha producido una situación de alta tensión (HV).
En otra realización, el valor de nivel de tensión se compara con los valores umbral en el/los generador(es) de turbina eólica y se comunica una indicación 31 al controlador de parque que indica una situación de LV o situación de HV.
En una realización de la invención, antes de cambiar el modo de funcionamiento en el controlador de turbina eólica, el despachador aumentará o disminuirá el punto de ajuste de potencia reactiva, enviándolo a un generador de turbina eólica específico, que está cerca de una situación de LV o de HV. Un aumento en la potencia reactiva aumentará el nivel de tensión en los terminales de generador de turbina eólica, de modo que, estando cerca de una situación de HV, la producción de potencia reactiva necesita disminuirse, esto se consigue enviando un punto de ajuste de potencia reactiva con un valor de potencia reactiva disminuido. De manera similar, estando cerca de una situación de LV, el punto de ajuste de potencia reactiva debe aumentarse con el fin de subir el nivel de tensión en los terminales de generador de turbina eólica.
A menudo, los parque eólicos, en un modo de funcionamiento de estado estable, se controlan según un punto de ajuste de factor de potencia, esto implica que, para una producción de potencia activa dada, necesita estar presente una cantidad correspondiente de potencia reactiva, inductiva o capacitiva, ya que el factor de potencia de un sistema de potencia eléctrica de CA se define como la relación de la potencia real que fluye a la carga con respecto a la potencia aparente en el circuito.
Otro modo de funcionamiento puede ser el control de Q, en el que se controla la cantidad real de potencia reactiva, por tanto no con respecto a la producción de potencia activa. Todavía otro modo de control puede ser el control de tensión, en el que el nivel de tensión es el parámetro de control, este control se realiza inyectando potencia reactiva, inductiva o capacitiva en la red y aumentando o disminuyendo de ese modo el nivel de tensión.
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En una realización, el control de Q podría ser también una predicción sencilla, que va directamente con las referencias externas directamente al despachador.
Los generadores de turbina eólica se hacen funcionar o bien en modo de corriente o bien en modo de potencia o en una combinación de ambos, por tanto recibirán o bien un punto de ajuste de corriente o un punto de ajuste de potencia respectivamente o ambos, comprendiendo el punto de ajuste de corriente o potencia una componente activa y una reactiva.
Algunos códigos de red requieren controlar el parque eólico en PF/Q/tensión (predicción de Q), por tanto si muchos generadores de turbina eólica alcanzan sobretensiones o subtensiones, el controlador de parque debe cambiar de modo, preferiblemente al control de tensión.
Adicionalmente, puede realizarse en su lugar un cambio de referencia para los controladores de Q de PF/Q/predicción, entonces el controlador de parque no seguirá durante esto las referencias de operador de red/cliente 30. El cambio en las referencias se activará con la máquina de estados, y la referencia usada será según: la tensión medida, Q, P y cuantos generadores de turbina eólica estén en sobretensión/subtensión (pueden usarse más señales, tal como referencias enviadas, estado de variador de toma).
En una realización, cuando el generador de turbina eólica pierde la comunicación, el controlador de parque 23 cambiará de modo, y normalmente cambian a PF=1, de esta manera son neutrales para el funcionamiento operación del parque.
Siempre que se cambia el modo de funcionamiento del controlador de parque, es importante determinar cuándo volver de nuevo al funcionamiento “normal”.
En una realización, se implementa un temporizador, por tanto, después de que el nivel de tensión haya vuelto de nuevo a un intervalo normal, un temporizador comienza a contar y cuando el temporizador expira el modo de funcionamiento cambia de nuevo al modo normal.
En una realización, se implementa un algoritmo de histéresis junto con el nivel de tensión normal. La histéresis puede implementarse cuando entra en el modo cambiado con el fin de proteger los generadores de turbina eólica, pero más a menudo cuando vuelve del modo cambiado de nuevo al modo normal.
El nivel de histéresis puede seleccionarse según la impedancia de sistema (relación entre tensión y potencia reactiva), normalmente puede ser del 2%.
Cambiar el modo de funcionamiento provocará en la configuración básica una transición en la salida de controlador cuando se calcula la salida basándose en otros parámetros. Es posible conseguir una transferencia sin perturbaciones mientras se cambia sobre la marcha entre los diferentes controladores (factor de potencia, tensión y potencia reactiva). El modo de cambio sin perturbaciones es funcional para garantizar que los desplazamientos entre modo de potencia reactiva, modo de factor de potencia, modo de control de tensión se realizan sin problemas sin saltos en la potencia reactiva y tensiones. Cuando se realiza el cambio de modo, el bucle comienza ajustando la referencia igual a la producción de corriente de interés y tras ello, la referencia interna se reajusta lentamente mediante función rampa a la fuente de referencia seleccionada con un valor de la función rampa fijo predefinido. Cuando se realiza el reajuste mediante función rampa, el bucle entra en modo de bloqueo estable y entonces está disponible el ancho de banda completo de la dinámica.
En una realización, el controlador de parque determina si el nivel de tensión de uno o más generador(es) de turbina eólica está fuera de un segundo intervalo predeterminado y dentro del primer intervalo predeterminado, siendo el segundo intervalo predeterminado más pequeño que el primer intervalo predeterminado, y si es así, el controlador de parque despacha un punto de ajuste de potencia reactiva ajustada o un punto de ajuste de corriente reactiva ajustada a dichos uno o más generador(es) de turbina eólica, teniendo el punto de ajuste de potencia reactiva ajustada o el punto de ajuste de corriente reactiva ajustada un valor que provoca que el nivel de tensión cambie a un valor dentro del segundo intervalo predeterminado. La figura 3 muestra un diagrama de flujo de un procedimiento según la invención para controlar el nivel de tensión en un parque eólico, con uno o más generador(es) de turbina eólica conectado(s) a una red eléctrica, y que tiene un controlador de parque que tiene un modo de funcionamiento que controla parámetros eléctricos en la red eléctrica. La etapa 301 es determinar un primer nivel de tensión de uno
o más generador(es) de turbina eólica, la etapa 302 es determinar si el primer nivel de tensión de uno o más generador(es) de turbina eólica está fuera de un primer intervalo predeterminado. En caso de que el primer nivel de tensión de uno o más generador(es) de turbina eólica esté fuera de un primer intervalo predeterminado entonces, en la etapa 303, el modo de funcionamiento del controlador de parque se cambia entre los modos de funcionamiento primero y segundo, controlando el primer modo de funcionamiento un primer parámetro eléctrico, controlando el segundo modo de funcionamiento un segundo parámetro eléctrico, siendo diferentes los parámetros primero y segundo.
La realización de la invención presentada en este caso se refiere principalmente a un generador de turbina eólica, pero no se limita a energía eólica. También se consideran otras fuentes de producción de potencia. Siempre que se usa el término controlador, debe entenderse que tal controlador puede seleccionarse de controladores conocidos
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