ES2613734T3 - Método de funcionamiento de una turbina eólica, turbina eólica, sistema de control de turbina eólica y sistema de procesamiento - Google Patents
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Abstract
Método de funcionamiento de una turbina eólica que comprende un convertidor de tensión de CC a CA (108), pudiendo conectarse la turbina eólica a una red eléctrica (110) mediante el convertidor de tensión de CC a CA (108), comprendiendo el método: - determinar una tensión de línea de una línea de potencia (116) que conecta el convertidor de tensión de CC a CA (108) a la red eléctrica (110), caracterizado porque: - si la tensión de línea determinada supera un valor umbral de tensión predefinido, inyectando corriente reactiva en la línea de potencia (116), en el que la cantidad de corriente reactiva inyectada se elige tal que una tensión de salida del convertidor de tensión de CC a CA (108) se mantiene dentro de un intervalo de tensión predeterminado.
Description
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DESCRIPCION
Metodo de funcionamiento de una turbina eolica, turbina eolica, sistema de control de turbina eolica y sistema de procesamiento
La presente invencion se refiere en general a un metodo de funcionamiento de una turbina eolica, a una turbina eolica, a un sistema de control de turbina eolica y a un sistema de procesamiento que puede utilizarse para el funcionamiento de una turbina eolica.
Con el rapido aumento de grandes parques eolicos en alta mar, ha surgido un nuevo problema asociado con la respuesta de turbinas eolicas a sobretensiones temporales: la mayona de las turbinas eolicas utilizan convertidores de fuente de tension con un enlace de CC. Cuando la tension de red electrica supera un cierto lfmite de tension, el flujo de corriente a traves del convertidor de lado de lmea de la turbina eolica puede invertirse, dando como resultado un rapido aumento de la tension de enlace de CC.
Una posibilidad de manejar tales situaciones es interrumpir la conexion entre la turbina eolica y la red electrica. Sin embargo, es deseable mantener las turbinas eolicas conectadas a la red electrica incluso en tales circunstancias. Por tanto, actualmente estan investigandose diferentes enfoques que permitan mantener las turbinas eolicas conectadas a la red electrica durante sobretensiones temporales, mientras que al mismo tiempo se evite un rapido aumento de tensiones de enlace de CC.
El documento US 2007/121354 A1 describe un convertidor de potencia que puede utilizarse para interconectar un generador que proporciona tension variable a frecuencia variable y una red de suministro que funciona a tension fijada nominalmente y frecuencia fijada nominalmente y que incluye caractensticas que permiten al convertidor de potencia permanecer conectado a la red de suministro y conservar el control durante fallo de red de suministro y condiciones transitorias. El convertidor de potencia incluye un puente de generador conectado electricamente al estator del generador y un puente de red. Un enlace de cC esta conectado entre el puente de generador y el puente de red. Un filtro que tiene terminales de red esta conectado entre el puente de red y la red de suministro. Se proporciona un primer controlador para controlar el funcionamiento de los dispositivos de conmutacion de potencia de semiconductor del puente de generador. De manera similar, se proporciona un segundo controlador para controlar el funcionamiento de los dispositivos de conmutacion de potencia de semiconductor del puente de red. El primer controlador utiliza una senal de demanda de tension de enlace de CC (VDC13 GEN*) indicativa de una tension de enlace de CC deseado para controlar los dispositivos de conmutacion de potencia de semiconductor del puente de red para lograr el nivel deseado de tension de enlace de CC que corresponde a la senal de demanda de tension de enlace de CC (VDC13 GEN*). El segundo controlador utiliza una senal de demanda de potencia (P*) indicativa del nivel de potencia que va a transferirse desde el enlace de CC a la red de suministro a traves del puente de red, y una senal de demanda de tension (VTURB*) indicativa de la tension que va a lograrse en los terminales de red del filtro para controlar los dispositivos de conmutacion de potencia de semiconductor del puente de red para lograr los niveles deseados de potencia y tension que corresponden a las senales de demanda de potencia y de tension (P* y VTURB*).
Descripcion de la invencion
Segun una realizacion, se proporciona un metodo de funcionamiento de una turbina eolica que comprende un convertidor de tension de cC a CA, pudiendo conectarse la turbina eolica a una red electrica mediante el convertidor de tension de CC a CA, comprendiendo el metodo: determinar una tension de lmea de una lmea de potencia conectada entre el convertidor de tension de CC a CA y la red electrica; si la tension de lmea determinada supera un valor umbral de tension de red electrica particular, inyectar corriente reactiva en la lmea de potencia, eligiendose la cantidad de corriente reactiva inyectada de manera que se mantiene una tension de salida del convertidor de tension de CC a CA dentro de un intervalo de tension predeterminado.
Segun un ejemplo, la tension de lmea se determina utilizando un algoritmo de bucle de bloqueo de fase.
Segun un ejemplo, una referencia de corriente reactiva se calcula basandose en una tension de salida maxima del convertidor de tension de CC a CA, la tension de lmea y una referencia de corriente activa.
Segun un ejemplo, la referencia de corriente activa se deriva a partir de una salida de controlador de enlace de CC. Segun un ejemplo, la referencia de corriente reactiva se calcula segun la siguiente formula:
donde Ugd, Ugq son las tensiones de lmea de la lmea de potencia a lo largo del eje d/q en el sistema dq, e Ia, Ir son las corrientes activa y reactiva, m es el mdice de modulacion permitido maximo y Umax es la tension de salida de convertidor permitido maximo 0V. Ademas, L es la inductancia de un inductor (comunmente conocido como “inductor de red electrica” o “estrangulador de red”), yu es la frecuencia de tension. Ir calculada en la ecuacion anterior tiene un valor negativo. Por tanto, la corriente reactiva minima puede elegirse (en terminos de amplitud) si Ir esta ajustada
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igual al termino derecho de la ecuacion. Ya que una corriente maxima Imax esta fijada, esto dejara mas espacio para la inyeccion de corriente activa A. Por tanto, Ir debe ser preferiblemente igual al termino derecho de la ecuacion. Segun un ejemplo, la referencia de corriente reactiva se convierte en una referencia de corriente reactiva optimizada si una amplitud de referencia de corriente de salida de convertidor calculada a partir de la referencia de corriente activa y la referencia de corriente reactiva supera un valor umbral de amplitud de referencia de corriente de salida de convertidor predeterminado.
Segun un ejemplo, la referencia de corriente activa se convierte en una referencia de corriente activa optimizada si una amplitud de referencia de corriente de salida de convertidor calculada a partir de la referencia de corriente activa y la referencia de corriente reactiva supera un valor umbral de amplitud de referencia de corriente de salida de convertidor predeterminado.
Segun un ejemplo, la amplitud de referencia de corriente de salida de convertidor se determina segun la siguiente formula:
Segun un ejemplo, la referencia de corriente activa/referencia de corriente reactiva optimizadas se calculan basandose en la siguiente formula:
' Jm2-UL ,2 1 _&L_ U*L
< * [ Ctrl} mK) 2-Uag 2-coL
J A ~ "VAnax
Segun un ejemplo, la corriente de salida de convertidor se controla basandose en la referencia de corriente activa optimizada y la referencia de corriente reactiva optimizada. Es decir, la cantidad de corriente reactiva inyectada se controla basandose en la referencia de corriente reactiva optimizada, y la cantidad de corriente activa inyectada se controla basandose en la referencia de corriente activa optimizada. Un efecto de este ejemplo es que la tension de salida de convertidor se mantiene dentro de Umax, y la corriente de salida de convertidor se mantiene dentro de Imax. Un efecto adicional de este ejemplo es que, al mismo tiempo, la potencia activa posible maxima puede inyectarse en la red electrica.
Segun una realizacion, se proporciona un sistema de procesamiento que puede utilizarse para el funcionamiento de una turbina eolica que comprende un convertidor de tension de CC a CA, pudiendo conectarse la turbina eolica a una red electrica mediante el convertidor de tension de CC a CA, comprendiendo el sistema de procesamiento: una unidad de entrada configurada para recibir una senal de tension de lmea que indica la tension de lmea de una lmea de potencia que conecta el convertidor de tension de CC a CA con la red electrica; una unidad de procesamiento unida a la unidad de entrada, estando la unidad de procesamiento configurada para determinar si la tension de lmea supera un valor umbral de tension de lmea particular, y para determinar una cantidad de corriente reactiva que, si se inyecta directamente en la lmea de potencia, mantiene una tension de salida del convertidor de tension de CC a CA dentro de un intervalo de tension predeterminado; y una unidad de salida unida a la unidad de procesamiento, estando la unidad de salida configurada para emitir una senal indicativa de la corriente reactiva que va a inyectarse directamente en la lmea de potencia.
Segun un ejemplo, la unidad de entrada esta configurada ademas para recibir una senal de referencia de corriente activa, en el que la unidad de procesamiento esta configurada para calcular una referencia de corriente reactiva indicativa de la corriente reactiva que va a inyectarse basandose en una tension de salida maxima del convertidor de tension de CC a CA, la senal de tension de lmea y la senal de referencia de corriente activa, en el que la senal de salida emitida mediante la unidad de salida se deriva mediante la unidad de procesamiento a partir de la referencia de corriente reactiva.
Segun un ejemplo, la unidad de procesamiento esta configurada ademas para convertir la referencia de corriente reactiva en una referencia de corriente reactiva optimizada si una amplitud de referencia de corriente de salida de convertidor calculada a partir de la referencia de corriente activa y la referencia de corriente reactiva supera un valor umbral de amplitud de referencia de corriente de salida de convertidor predeterminado, en el que la senal de salida emitida mediante la unidad de salida se deriva mediante la unidad de procesamiento a partir de la referencia de corriente reactiva optimizada.
Segun un ejemplo, la unidad de procesamiento esta configurada para convertir la referencia de corriente activa en una referencia de corriente activa optimizada si una amplitud de referencia de corriente de salida de convertidor calculada a partir de la referencia de corriente activa y la referencia de corriente reactiva supera un valor umbral de amplitud de referencia de corriente de salida de convertidor predeterminada, en el que la senal de salida emitida
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mediante la unidad de salida se deriva mediante la unidad de procesamiento a partir de la referencia de corriente activa optimizada.
Segun un ejemplo, se proporciona un sistema de control de turbina eolica para controlar una turbina eolica que comprende un convertidor de tension de CC a CA, estando la turbina eolica conectada a una red electrica mediante el convertidor de tension de CC a CA, comprendiendo el sistema de control un sistema de procesamiento segun uno cualquiera de los ejemplos descritos anteriormente.
Segun un ejemplo, el sistema de control de turbina eolica comprende ademas una unidad de bucle de bloqueo de fase que esta unida a la unidad de entrada del sistema de procesamiento, estando la unidad de bucle de bloqueo de fase configurada para determinar la senal de tension de lmea utilizando un algoritmo de bucle de bloqueo de fase, y para suministrarla a la unidad de entrada.
Segun un ejemplo, el sistema de control de turbina eolica comprende ademas una unidad de controlador de enlace de CC unida a la unidad de entrada del sistema de procesamiento, en el que la unidad de controlador de enlace de CC esta configurada para controlar una tension de enlace de CC segun un nivel de referencia de tension de enlace de CC (la unidad de controlador de enlace de CC controla la tension de enlace de CC de manera que siempre se mantiene en una tension de referencia; el controlador de enlace de CC hace esto inyectando una corriente activa apropiada), y para emitir la senal de referencia de corriente activa que se suministra a la unidad de entrada.
Segun un ejemplo, el sistema de control de turbina eolica comprende ademas una unidad de control de corriente de salida de convertidor unida a la unidad de salida del sistema de procesamiento, en el que la unidad de control de corriente de salida de convertidor esta configurada para controlar la corriente de salida de convertidor basandose en la referencia de corriente activa y la referencia de corriente reactiva, o basandose en la referencia de corriente activa optimizada y la referencia de corriente reactiva optimizada.
Segun un ejemplo, se proporciona una turbina eolica que comprende un sistema de control de turbina eolica segun uno cualquiera de los ejemplos descritos anteriormente.
Breve descripcion de los dibujos
En los dibujos, sfmbolos de referencia iguales se refieren en general a las mismas partes en todas las diferentes vistas. Los dibujos no estan necesariamente a escala, haciendose enfasis en general en cambio en ilustrar los principios de la invencion. En la siguiente descripcion, se describen varias realizaciones de la invencion con referencia a los siguientes dibujos, en los que:
la figura 1 muestra un dibujo esquematico de una turbina eolica segun una realizacion de la presente invencion;
la figura 2a muestra un dibujo esquematico de un sistema electrico que tiene una configuracion de convertidor a escala completa;
la figura 2b muestra un dibujo esquematico de un sistema electrico que tiene una configuracion de convertidor a escala completa segun una realizacion de la presente invencion;
la figura 3 muestra un diagrama de flujo de un metodo de funcionamiento de una turbina eolica segun una realizacion de la presente invencion;
la figura 4 muestra un diagrama de bloques esquematico de un sistema de procesamiento que puede utilizarse para el funcionamiento de una turbina eolica segun una realizacion de la presente invencion;
la figura 5 muestra un diagrama de bloques esquematico de un sistema de control funcionamiento de una turbina eolica segun una realizacion de la presente invencion;
la figura 6 muestra un diagrama de fasores esquematico que puede producirse cuando funcionamiento de una turbina eolica segun una realizacion de la presente invencion;
la figura 7 muestra un diagrama de fasores esquematico que puede producirse cuando funcionamiento de una turbina eolica segun una realizacion de la presente invencion;
la figura 8 muestra un diagrama de fasores esquematico que puede producirse cuando funcionamiento de una turbina eolica segun una realizacion de la presente invencion;
la figura 9 muestra a diagrama de corriente esquematico que puede producirse cuando funcionamiento de una turbina eolica segun una realizacion de la presente invencion;
la figura 10 muestra un diagrama de corriente esquematico que puede producirse cuando se lleva a cabo un metodo de funcionamiento de una turbina eolica segun una realizacion de la presente invencion;
que puede utilizarse para el se lleva a cabo un metodo de se lleva a cabo un metodo de se lleva a cabo un metodo de se lleva a cabo un metodo de
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la figura 11 muestra un diagrama de corriente esquematico que puede producirse cuando se lleva a cabo un metodo de funcionamiento de una turbina eolica segun una realizacion de la presente invencion;
la figura 12 muestra un ejemplo de la cantidad de corriente reactiva que se inyectara segun se requiera mediante un codigo de red electrica en caso de un evento de baja tension en la red electrica.
Descripcion
La siguiente descripcion detallada se refiere a los dibujos adjuntos que muestran, a modo de ilustracion, detalles espedficos y realizaciones en las que puede ponerse en practica la invencion. Estas realizaciones se describen en suficiente detalle para que los expertos en la tecnica puedan poner en practica la invencion. Otras realizaciones pueden utilizarse y pueden realizarse cambios electricos, logicos y estructurales sin apartarse del alcance de la invencion. Las diversas realizaciones no son de manera necesaria mutuamente excluyentes, porque algunas realizaciones pueden combinarse con una o mas otras realizaciones para formar nuevas realizaciones.
La figura 1 ilustra una configuracion comun de una turbina eolica 1000 segun una realizacion de la presente invencion. La turbina eolica 1000 esta montada sobre una base 1002. La turbina eolica 1000 incluye una torre 1004 que tiene un numero de secciones de torre, tales como anillos de torre. Una gondola de turbina eolica 1006 esta situada sobre la parte superior de la torre 1004. El rotor de turbina eolica 1008 incluye al menos una pala de rotor 1010, por ejemplo tres palas de rotor 1010. Las palas de rotor 1010 estan conectadas a la gondola 1006 a traves de un arbol de baja velocidad que se extiende hacia fuera de la parte frontal de la gondola 1006. En la turbina eolica 1000 (por ejemplo dentro de la gondola 1006), puede utilizarse un sistema electrico que se describira en adelante).
La figura 2a muestra un sistema electrico 100 de una turbina eolica que tiene una configuracion de convertidor que puede utilizarse en una turbina eolica segun realizaciones de la presente invencion. El sistema electrico 100 esta conectado a un generador 102 de una turbina eolica. El sistema electrico 100 comprende un convertidor de tension de CA a CC 104 (convertidor de lado de generador) conectado al generador 102, un convertidor de CC a CA 108 (convertidor de lado de lmea) y un enlace de CC 106 conectado entre el convertidor de CA a CC 104 y el convertidor de CC a CA 108. El convertidor de CC a CA 108 esta conectado mediante una lmea de potencia 116 a un transformador 112 que a su vez esta conectado a una red electrica de potencia 110. Un inductor 114 esta ubicado a lo largo de la lmea de potencia 116. La lmea de potencia 116 esta conectada ademas a un condensador 118. El sistema electrico 100, el generador 102 y el transformador 112 pueden formar parte de una turbina eolica como se muestra en la figura 1, y se ubican normalmente dentro de la gondola de la turbina eolica. La configuracion de convertidor del sistema electrico 100 es una configuracion de convertidor a escala completa. “Escala completa” en este contexto significa que toda la potencia generada por un generador 102 se convierte mediante el convertidor de tension de CC a CA 108 antes de suministrarse a la red electrica 110. El convertidor de tension de CC a CA 108 tiene una tension de salida de convertidor maxima (Umax) que puede producir basandose en una tension de enlace de CC fijada y tambien tiene un lfmite de corriente de salida de convertidor que no puede superarse. Si se supera el lfmite de salida de corriente de convertidor, la turbina eolica puede desacoplarse. Es decir, cuando hay un evento de HV (alta tension) en la lmea de potencia 116 (tambien denominado evento de “pico de tension”), la tension de salida de convertidor del convertidor de CC a CA 108 puede superar la tension de salida de convertidor maxima Umax del convertidor de CC a CA 108. Como resultado, esto puede producir que una corriente de salida de convertidor supere el lfmite de corriente de salida de convertidor del convertidor de cC a CA 108. Esto puede producir que la turbina eolica se desacople, dando como resultado que la turbina eolica se desconecte de la red electrica 110.
En otras palabras: En caso de que la tension de red electrica de la red electrica de potencia 110 supere por ejemplo mas de 1 p.u. (p.u. = “por unidad”, es decir una relacion de tension/tension normal), se requiere que el convertidor de CC a CA 108 (convertidor de lado de lmea) de la turbina eolica ajuste un vector de corriente de lmea de manera que el tension de salida de convertidor requerida del convertidor de CC a CA 108 pueda mantenerse por debajo de la tension de salida de convertidor maxima Umax y la corriente de salida de convertidor no supere el lfmite de corriente de salida de convertidor del convertidor de CC a CA 108. En condicion de pico de red electrica, ya que la tension de salida maxima Umax del convertidor de CC a CA 108 esta limitada por la tension de enlace de CC Udc, la corriente de salida de convertidor Ig puede volverse incontrolable. Ademas, en una condicion de pico de red electrica, puede producirse un sobreexceso significativo de la tension de enlace de CC Udc que puede llevar a una activacion de un troceador (no mostrado) para la disipacion de transferencia de potencia desconocida/incontrolable a la red electrica 110. Con el fin de evitar tales situaciones incontrolables, pafses como Australia han estipulado requisitos de mantenimiento de conexion en caso de alta tension (HVRT) para que las turbinas eolicas resistan una sobretension de 1,3 p.u. durante 60 ms sin desconectarse.
La tension de red electrica en la red electrica 110 (lado de alta tension del transformador 112) se correlaciona con la tension de lmea de la lmea de potencia 116 (lado de baja tension del transformador 112) mediante la relacion de transformador. Por tanto, en la presente invencion, los terminos “tension de lmea” y “tension de red electrica” pueden utilizarse indistintamente.
Sin embargo, la situacion puede mantenerse bajo control si la potencia reactiva se inyecta en la lmea de potencia 116 conectada entre el convertidor de CC a CA 108 y el transformador 112 (y por tanto en la red electrica de
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potencia 110) ajustando la tension de salida requerida del convertidor de CC a CA 108, como sera evidente en la descripcion a continuacion.
La figura 3 muestra un diagrama de flujo de un metodo 200 de control de una turbina eolica segun una realizacion de la presente invencion. En 202, empieza el metodo. En 204, se determina la tension de lmea de la lmea de potencia. En 206, se determina si la tension de lmea supera un valor umbral predefinido. Si no se supera el valor umbral predefinido, el flujo vuelve a 204. Si se supera el valor umbral predefinido, el flujo continua con 208 en el que la corriente reactiva se inyecta directamente en la lmea de potencia, eligiendose la cantidad de corriente reactiva inyectada de manera que una tension de salida del convertidor de CC a CA se mantiene dentro de un intervalo de tension predeterminado. Despues, el flujo vuelve a 204.
En el contexto de la figura 2a, el metodo mostrado en la figura 3 puede interpretarse de manera que en caso de eventos de HV en la lmea de potencia 116, una cantidad calculada de corriente reactiva se inyecta en la lmea de potencia 116. Esta inyeccion se hace ajustando la tension de salida de convertidor del convertidor de CC a CA 108 de manera que la corriente de salida de convertidor resultante Ig comprende la cantidad calculada de corriente reactiva. Controlando la cantidad de la corriente reactiva inyectada, la amplitud de la tension de salida de convertidor Uv puede mantenerse por debajo de la tension de salida de convertidor maxima Umax, y la potencia activa posible maxima puede inyectarse en la lmea de potencia 116 (y por tanto en la red electrica 110). Como resultado, la turbina eolica no se desacoplara, y puede por tanto permanecer conectada a la red electrica 110 en eventos de HV. HVRT (mantenimiento de conexion en caso de alta tension) se refiere a esta capacidad de la turbina eolica de permanecer conectada a la red electrica 110 durante tal evento de HV.
En la siguiente descripcion, se facilitaran unos antecedentes teoricos para realizaciones de la presente invencion.
La tension de salida del convertidor de CC a CA 108 en la figura 2 puede representarse mediante la siguiente ecuacion de tension:
donde Ov es la tension de salida de convertidor del convertidor de CC a CA 108, Og es una tension de lmea en una parte de la lmea de potencia 116 cerca del extremo de baja tension del transformador 112, Ol es la cafda de tension a traves del inductor 114, e Ig es la corriente de salida del convertidor de CC a CA 108. Ademas, L es la inductancia del inductor 114, yw es la frecuencia de tension.
En caso de una red electrica (lmea de potencia) “sana” (en un caso en el que no hay pico de red electrica y en el que el tension de lmea Og esta dentro de su intervalo de tension de lmea normal), la corriente de salida de convertidor Ig se alinea con el tension de lmea Og tal como se ilustra en el diagrama de fasores de la figura 6. Es decir, solamente se inyecta la potencia activa en la lmea de potencia 116, pero no la potencia reactiva.
En la condicion de pico de tension de red electrica, segun una realizacion de la presente invencion, la corriente de salida de convertidor Ig se controla de manera que la amplitud de la tension de salida de convertidor Ov esta limitada a una amplitud de tension de salida de convertidor maxima Umax o por debajo. La fase de corriente de salida de convertidor Ig lleva a la fase de la tension de lmea Og y puede proyectarse en la corriente reactiva Ireactva y corriente activa lactiva como se muestra en el diagrama de fasores de la figura 7.
Debe senalarse que en el caso de bajada de tension de red electrica (eventos de LV (baja tension)), los operadores de red electrica normalmente tambien requieren que la corriente reactiva (capacitiva) se inyecte en la red electrica 110 para ayudar a estabilizar la red electrica 110. En el caso de un evento de LV, la amplitud de tension de salida de convertidor maxima esta siempre por debajo del lfmite Umax. El diagrama de fasores como se muestra en la figura 8 ilustra esto.
Las siguientes ecuaciones pueden derivarse de un modelo de sistema DQ de control de corriente de lmea.
f dl
L^- = Um-UGD+coUA
I dt
L^ = U,v-Uw-aLIs
dt ~ -
donde Uvd, Uvq son las tensiones de salida de convertidor a lo largo del eje d/q en el sistema dq, Ugd, Ugq son las tensiones de lmea a lo largo del eje d/q en el sistema dq, y Ia, Ir son las corrientes reactiva y activa. Ademas, L es la inductancia del inductor 114, yw es la frecuencia de tension.
En la condicion de estado estacionario, la tension de salida de convertidor Ov puede calcularse segun lo siguiente
5
10
15
20
25
30
35
40
45
{UVD=Um-(OUA
\P VQ ~ & GO ^ k
La siguiente expresion puede utilizarse basandose en el Kmite de tension de convertidor,
donde “m” es el mdice de modulacion permitido maximo y Umax es la tension de salida de convertidor permitida maxima Uv.
Utilizando las ecuaciones facilitadas anteriormente, en la condicion de estado estacionario, la corriente reactiva requerida para la condicion de HVRT puede derivarse de la siguiente manera
La figura 4 muestra un sistema de procesamiento 300 que puede utilizarse para el funcionamiento de una turbina eolica segun una realizacion de la presente invencion. El sistema de procesamiento 300 comprende: una unidad de entrada 302 configurada para recibir una senal de tension de lmea 304 que indica la tension de lmea de la lmea de potencia; una unidad de procesamiento 306 unida a la unidad de entrada 302, estando la unidad de procesamiento 306 configurada para determinar si la tension de lmea supera un valor umbral predeterminado, y para determinar una cantidad de corriente reactiva que, si se inyecta directamente en la lmea de potencia, mantiene una tension de salida del convertidor de tension de CC a CA dentro de un intervalo de tension predeterminado; y una unidad de salida 308 unida a la unidad de procesamiento 306, estando la unidad de salida 308 configurada para emitir una senal 310 indicativa de la corriente reactiva que va a inyectarse directamente en la lmea de potencia. La senal de salida 310 puede generarse basandose en la formula (2).
La figura 5 muestra una posible realizacion del sistema de procesamiento 300 mostrado en la figura 4. En la figura 5, se muestra un diagrama de bloques de un sistema controlador de convertidor 400 para controlar el convertidor de CC a CA 108. La parte 402 del sistema controlador de convertidor 400 (sistema de funcionalidad de mantenimiento de conexion) puede considerarse como una realizacion concreta del sistema de procesamiento 300. La parte 402 comprende la funcionalidad necesaria para manejar eventos de HV (funcionalidad HVRT) asf como la funcionalidad necesaria para manejar eventos de LV (funcionalidad LVRT).
El sistema de funcionalidad de mantenimiento de conexion de tension 402 comprende una unidad de entrada 404, una unidad de salida 406 y una unidad de procesamiento 408.
La unidad de entrada 404 esta unida a una unidad de bucle de bloqueo de fase 410 configurada para generar una senal de tension de lmea S1 indicativa de los componentes d,q de la tension de lmea de la lmea de potencia 116 utilizando un algoritmo de bucle de bloqueo de fase, y para suministrar la senal de tension de lmea S1 a la unidad de entrada 404.
La unidad de entrada 404 esta unida ademas a una unidad de controlador de enlace de CC 412 configurada para generar una senal de referencia de corriente activa S2, y suministrar la senal de referencia de corriente activa S2 a la unidad de entrada 404.
La unidad de salida 406 esta unida a una unidad de control de corriente de salida de convertidor 414 configurada para controlar la corriente de salida de convertidor basandose en una senal de referencia de corriente activa S3 y una senal de referencia de corriente reactiva S4. La senal de referencia de corriente activa S3 puede ser una senal de referencia de corriente activa optimizada, y la senal de referencia de corriente reactiva S4 puede ser una senal de referencia de corriente reactiva optimizada.
La unidad de procesamiento 408 comprende una primera unidad de generador de corriente reactiva 416, una segunda unidad de generador de corriente reactiva 418, una unidad de clasificacion de tension de lmea 420, una unidad de conmutacion 422 y una unidad de optimizacion de corriente 424.
Basandose en una senal de tension de lmea nominal S5, la unidad de clasificacion de tension de lmea 420 clasifica la tension de lmea en tres categonas - normal, bajada o pico.
Dependiendo de la categona de tension de lmea determinada, una senal de referencia de corriente reactiva S6 se genera o bien mediante la primera unidad de generador de corriente reactiva 416 (en el caso de una condicion de bajada) basandose en informacion como se muestra en la figura 12 (la figura 12 proporciona informacion que especifica la cantidad de corriente reactiva que se inyectara segun se requiera mediante un codigo de red electrica en el caso de un evento de baja tension en la lmea de potencia), o bien a partir de la segunda unidad de generador
de corriente reactiva 418 (en el caso de una condicion de pico) basandose en la ecuacion (2). La unidad de conmutacion 422 esta controlada por una senal de salida S7 generada por la unidad de clasificacion de tension de lmea 420 de manera que la senal de referencia de corriente reactiva S6 se calcula a partir de la correcta de la primera unidad de generador de corriente reactiva 416 y la segunda unidad de generador de corriente reactiva 418, 5 dependiendo de la tension de lmea. Utilizando la senal de referencia de corriente activa S2 y la senal de referencia de corriente reactiva S6, la unidad de control de corriente de lmea 414 genera una senal de referencia de tension de salida de convertidor S8 basandose en la cual, la tension de salida de convertidor Uv se controla de manera correspondiente. Con el fin de hacer esto, un controlador del convertidor de CC a CA 108 puede generar por ejemplo senales PWM basandose en la senal de referencia de tension de salida de convertidor S8, controlando de ese modo 10 el convertidor de CC a CA 108 para ajustar la tension de salida de convertidor Uv de manera que la corriente de salida de convertidor adopta su valor objetivo. Esto se muestra a modo de ejemplo en la figura 2b: la senal de tension de lmea S1, la senal S9 y la senal S12 (y quizas tambien senales adicionales) se suministran al sistema controlador de convertidor 400, basandose en las cuales el sistema controlador de convertidor 400 determina la senal de referencia de tension de salida de convertidor S8. La senal de referencia de tension de salida de 15 convertidor S8 se utiliza para generar senales PWM para controlar el convertidor de CC a CA 108 de manera que la corriente de salida de convertidor adopta su valor objetivo.
La senal S9 es una senal de tension de enlace de CC medida (medida en el enlace de CC 106, la senal S10 es un parametro de entrada de inductancia (un parametro que indica la inductancia del inductor 114), la senal S11 es un valor objetivo de tension de enlace de CC y la senal S12 es una senal de corriente de salida de convertidor medida 20 del convertidor 108.
En el caso de que se detecte una condicion de bajada de tension por la unidad de clasificacion de tension de lmea 420, la senal de referencia de corriente reactiva S6 se calcula mediante la primera unidad de generador de corriente reactiva 416 basandose en el porcentaje de la bajada segun un codigo de red electrica como se muestra en la figura 12.
25 La unidad de optimizacion de corriente 424 (bloque de control de trayectoria de corriente optima) es opcional y trabaja de la siguiente manera. Una amplitud de referencia de corriente de salida de convertidor se calcula mediante la unidad de optimizacion de corriente 424 a partir de la senal de referencia de corriente reactiva S6 y la senal de referencia de corriente activa S2, y se compara con un lfmite de amplitud de referencia de corriente de salida de convertidor Imax. Si la amplitud de referencia de corriente de salida de convertidor es menor que Imax, una senal de 30 referencia de corriente activa S3 y una senal de referencia de corriente reactiva S4 se ajustan de la manera siguiente:
Es decir, en este caso, la senal de referencia de corriente activa S3 corresponde a la senal de referencia de corriente activa S2, y la senal de referencia de corriente reactiva S4 corresponde a la senal de referencia de 35 corriente reactiva S6.
Sin embargo, si la amplitud de referencia de corriente supera el lfmite maximo Imax, se aplica un proceso de optimizacion. El proceso de optimizacion se lleva a cabo de la siguiente manera: se determinan las referencias de corriente optimizadas (senales S3, S4) utilizando la ecuacion (1) de la siguiente manera:
40 Ya que Ugd es igual a cero en el estado estacionario (esto se debe al sistema de rotacion, la tension se alinea con el eje Q en condicion estable, y en posicion vertical al eje D; Ugd es la tension que la tension de lmea proyecta al eje D, asf que es cero) en el plano de vector de corriente, las ecuaciones anteriores pueden escribirse de la manera siguiente:
Resolviendo las ecuaciones anteriores (3), se obtienen las siguientes referencias de corriente optimas (senales S3, S4):
5
10
15
20
25
30
35
40
45
Es dedr, si la amplitud de referencia de corriente de salida de convertidor supera el Ifmite maximo Imax, las senales S3, S4 se obtienen a partir de las senales S2, S6 utilizando las ecuaciones (4).
Si las ecuaciones (4) se trazan en el plano de corriente, pueden visualizarse las soluciones optimizadas para referencias de corriente activa/reactiva en la condicion de pico de tension de lmea. Esto se muestra en la figura 9. De las ecuaciones (4) se entiende que las corrientes Ir e la se recalculan segun las ecuaciones (4), es decir en este caso las corrientes Ir e la se calculan sin utilizar las senales S2 y S6.
La figura 9 muestra una curva de trayectoria de corriente obtenida despues de un proceso de optimizacion basandose en la ecuacion (4).
Este control de trayectoria de corriente optima garantiza una salida de potencia y una corriente activa maximas durante HVRT mientras que se mantiene tanto la corriente de salida de convertidor como la tension de salida de convertidor dentro de sus lfmites.
En la condicion de bajada de tension de lmea, se aplica la situacion de la figura 10. En este caso, ya que el cfrculo de convertidor contiene al cfrculo de corriente, solamente es necesario satisfacer el lfmite de corriente.
La figura 11 se aplica en la condicion de tension de lmea sana (no es necesaria inyeccion de corriente reactiva). Ya que solamente se requiere inyectar corriente activa a la lmea de potencia, la trayectoria de corriente esta solamente en el eje Y.
Basandose en la descripcion anterior, se hace evidente que, segun una realizacion de la presente invencion, se aplica el siguiente metodo: 1) En primer lugar, se determinan la corriente activa (la_ref) y la corriente reactiva (lr_ref) que es necesario inyectar en la lmea de potencia. Se determina lr_ref utilizando ecuacion (2) y se optimiza, si es necesario. 2) Para producir que el convertidor de CC a CA 108 emita una corriente de salida de convertidor Ig que incluye los respectivos componentes de corriente activa y reactiva, el convertidor de CC a CA 108 se controla para emitir la tension de salida de convertidor necesaria Uv. El control del convertidor de CC a CA 108 se hace utilizando senales PWM (modulacion de anchura de pulso) generadas basandose en la senal S8 (es decir la senal de salida a partir de la unidad de control de corriente de salida de convertidor). 3) Las senales PWM se utilizan para controlar el funcionamiento del convertidor de CC a CA 108 de manera que emite la Uv (que es menor que Umax) junto con una corriente de salida de convertidor correspondiente Ig (comprendiendo los componentes la e Ir correspondientes determinados) que esta por debajo del lfmite de corriente de salida de convertidor. Por tanto, en primer lugar se determina la corriente reactiva que se inyectara en la lmea de potencia 116 de manera que la Uv necesaria para generar la corriente reactiva esta por debajo de Umax. Entonces, el convertidor de CC a CA 108 se controla para tener una salida de tension Uv que implicara la corriente de salida de convertidor Ig con los componentes Ir correspondientes como se determino anteriormente.
Como ha resultado evidente, las realizaciones de la presente invencion resuelven los problemas de control de potencia y corriente en el caso de un pico de tension de red electrica.
Segun realizaciones de la presente invencion, seleccionando una trayectoria apropiada de corriente, pueden inyectarse las corrientes activa y reactiva optimas de manera que la potencia activa maxima puede transferirse a la red electrica durante HVRT.
Segun realizaciones de la presente invencion, se minimiza la posibilidad de desacoplar la turbina y activacion de troceador durante una condicion de HVRT.
Segun realizaciones de la presente invencion, la potencia real y reactiva se controla durante la condicion de mantenimiento de conexion de tension.
Segun realizaciones de la presente invencion, utilizando un control de corriente de trayectoria optima, es posible proporcionar la inyeccion de corriente activa y reactiva optima de manera que la potencia activa maxima puede transferirse a la red electrica durante HVRT.
Segun realizaciones de la presente invencion, se calcula una referencia de corriente reactiva, minimizando de ese modo la posibilidad de activacion de troceador. En la condicion de HVRT sin activacion de un troceador, la potencia se alimenta a la red electrica en lugar de que se disipe como calor en una resistencia de troceador.
Aunque la invencion se ha mostrado y descrito particularmente con referencia a realizaciones espedficas, los expertos en la tecnica deberan entender que pueden realizarse diversos cambios en forma y detalle sin apartarse
del alcance de la invencion como se define en las reivindicaciones adjuntas. El alcance de la invencion se indica as^ mediante las reivindicaciones adjuntas y por tanto se pretende que se abarquen todos los cambios que se encuentren dentro del significado e del rango de equivalencia de las reivindicaciones.
Claims (13)
- 510
- 2.15 3.20
- 4.25
- 5.30
- 6.35
- 7.40
- 8.REIVINDICACIONESMetodo de funcionamiento de una turbina eolica que comprende un convertidor de tension de CC a CA (108), pudiendo conectarse la turbina eolica a una red electrica (110) mediante el convertidor de tension de CC a Ca (108), comprendiendo el metodo:- determinar una tension de lmea de una lmea de potencia (116) que conecta el convertidor de tension de CC a CA(108) a la red electrica (110), caracterizado porque:- si la tension de lmea determinada supera un valor umbral de tension predefinido, inyectando corriente reactiva en la lmea de potencia (116), en el que la cantidad de corriente reactiva inyectada se elige tal que una tension de salida del convertidor de tension de CC a CA (108) se mantiene dentro de un intervalo de tension predeterminado.Metodo segun la reivindicacion 1, en el que una referencia de corriente reactiva se calcula basandose en una tension de salida maxima del convertidor de tension de CC a CA (108), la tension de lmea y una referencia de corriente activa, en el que la cantidad de corriente reactiva inyectada se controla basandose en la referencia de corriente reactiva.Metodo segun la reivindicacion 2, en el que la referencia de corriente reactiva se calcula segun la siguiente formula:
imagen1 donde Ugd, Ugq son las tensiones de lmea a lo largo del eje d/q en el sistema dq, Ia, Ir son las corrientes activa y reactiva, m es el mdice de modulacion permitido maximo y Umax es la tension de salida de convertidor permitida maxima, L es la inductancia de un inductor (114) en la lmea de potencia (116), yw es la frecuencia de tension.Metodo segun la reivindicacion 2 o 3, en el que la referencia de corriente reactiva se convierte en una referencia de corriente reactiva optimizada si una amplitud de referencia de corriente de salida de convertidor calculada a partir de la referencia de corriente activa y la referencia de corriente reactiva supera un valor umbral de amplitud de referencia de corriente de salida de convertidor predeterminada, en el que la cantidad de corriente reactiva inyectada se controla basandose en la referencia de corriente reactiva optimizada.Metodo segun una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, en el que la referencia de corriente activa se convierte en una referencia de corriente activa optimizada si una amplitud de referencia de corriente de salida de convertidor calculada a partir de la referencia de corriente activa y la referencia de corriente reactiva supera un valor umbral de amplitud de referencia de corriente de salida de convertidor predeterminada, en el que la cantidad de corriente activa inyectada se controla basandose en la referencia de corriente activa optimizada.Metodo segun la reivindicacion 4 o 5, en el que la amplitud de referencia de corriente de salida de convertidor se determina segun la siguiente formula:imagen2 donde Ir_ref_cal es la referencia de corriente reactiva, y Ia_ref_cal es la referencia de corriente activa.Metodo segun una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 6, en el que la referencia de corriente reactiva optimizada se calcula basandose en la siguiente formula:, JmKvL r- )* { orL1 "'"J 2-Uce 2-wLMetodo segun la reivindicacion 7, en el que la referencia de corriente activa optimizada se calcula basandose en la siguiente formula:imagen3 Metodo segun la reivindicacion 8, en el que la corriente de salida de convertidor se controla basandose en la referencia de corriente activa optimizada y la referencia de corriente reactiva optimizada.510152025303540 - 10. Sistema de procesamiento (300, 402) que puede utilizarse para el funcionamiento de una turbina eolica que comprende un convertidor de tension de CC a CA (108), siendo conectable la turbina eolica a una red electrica (110) mediante el convertidor de tension de CC a CA (108), comprendiendo el sistema de procesamiento (300, 402):- una unidad de entrada (302, 404) configurada para recibir una senal de tension de lmea (304, S1) que indica la tension de lmea de una lmea de potencia (116) que conecta el convertidor de tension de CC a CA (108) con la red electrica (110),- una unidad de procesamiento (306, 408) acoplada a la unidad de entrada (302), estando la unidad de procesamiento (306, 408) configurada para determinar si el tension de lmea supera un valor umbral de tension de lmea particular, y para determinar una cantidad de corriente reactiva que, si se inyecta directamente en la lmea de potencia (116), mantiene una tension de salida del convertidor de tension de CC a CA (108) dentro de un intervalo de tension predeterminado, y- una unidad de salida (308, 406) unida a la unidad de procesamiento (306, 408), estando la unidad de salida (308, 406) configurada para emitir una senal de salida (310) indicativa de la corriente reactiva que se inyectara en la lmea de potencia (116).
- 11. Sistema de procesamiento (300, 402) segun la reivindicacion 10, en el que la unidad de entrada (302, 404) esta configurada ademas para recibir una senal de referencia de corriente activa (S2), y en el que la unidad de procesamiento esta configurada para calcular una referencia de corriente reactiva indicativa de la corriente reactiva que se inyectara en base a una tension de salida maxima del convertidor de tension de CC a CA (108), la senal de tension de lmea (304, S1) y la senal de referencia de corriente activa (S2), en el que la senal de salida (310) emitida mediante la unidad de salida (308, 406) se deriva mediante la unidad de procesamiento (306, 408) a partir de la referencia de corriente reactiva.
- 12. Sistema de procesamiento (300, 402) segun la reivindicacion 11, en el que la unidad de procesamiento (306, 408) esta configurada ademas para convertir la referencia de corriente reactiva en una referencia de corriente reactiva optimizada si una amplitud de referencia de corriente de salida de convertidor calculada a partir de la referencia de corriente activa y la referencia de corriente reactiva supera un valor umbral de amplitud de referencia de corriente de salida de convertidor predeterminado, en el que la senal de salida (310) emitida mediante la unidad de salida (308, 406) se deriva mediante la unidad de procesamiento (306, 408) a partir de la referencia de corriente reactiva optimizada.
- 13. Sistema de procesamiento (300, 402) segun la reivindicacion 11 o 12, en el que la unidad de procesamiento (306, 408) esta configurada para convertir la referencia de corriente activa en una referencia de corriente activa optimizada si una amplitud de referencia de corriente de salida de convertidor calculada a partir de la referencia de corriente activa y la referencia de corriente reactiva supera un valor umbral de amplitud de referencia de corriente de salida de convertidor predeterminado, en el que la senal de salida (310) emitida mediante la unidad de salida (308, 406) se deriva mediante la unidad de procesamiento (306, 408) a partir de la referencia de corriente activa optimizada.
- 14. Sistema de control de turbina eolica (400) para controlar una turbina eolica que comprende un convertidor de tension de CC a CA (108), estando la turbina eolica conectada a una red electrica (110) mediante el convertidor de tension de CC a CA (108), comprendiendo el sistema de control (400) un sistema de procesamiento (300, 402) segun una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 13.
- 15. Turbina eolica que comprende un sistema de control de turbina eolica (400) segun la reivindicacion 14.
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