ES2615263T3

ES2615263T3 - Controladores de tensión de ancho de banda múltiple para una planta de generación de energía eólica

Info

Publication number: ES2615263T3
Application number: ES12778222.5T
Authority: ES
Inventors: Sridhar Sahukari; Kouroush Nayebi; Peter Frederick Mayer
Original assignee: Vestas Wind Systems AS
Current assignee: Vestas Wind Systems AS
Priority date: 2011-09-28
Filing date: 2012-09-28
Publication date: 2017-06-06
Anticipated expiration: 2032-09-28
Also published as: EP2761172B1; US20140300108A1; EP2761172A1; US9863401B2; WO2013044923A1

Abstract

Planta de generación de energía eólica (200; 500) que comprende al menos un generador de turbina eólica (209), en el que cada uno del al menos un generador de turbina eólica incluye un bucle de control interior, teniendo el bucle de control interior un primer controlador de tensión (202) con un primer ancho de banda, dispuesto el primer controlador de tensión (202) para el control de un nivel de tensión, y en el que la planta de generación de energía eólica incluye un bucle de control exterior, teniendo el bucle de control exterior un controlador de la planta de generación (210) con un segundo controlador de tensión (213) con un segundo ancho de banda, dispuesto también el segundo controlador de tensión (213) para el control del nivel de tensión, en el que el primer ancho de banda es mayor que el segundo ancho de banda, en el que la planta de generación de energía eólica (200; 500) comprende adicionalmente un dispositivo de medición para la medición de la tensión en un punto de acoplamiento común (220), estando dispuesto dicho dispositivo de medición para la comunicación de una señal al controlador de la planta de generación (210), que puede reiniciar el bucle de control interior, y en el que el controlador de la planta de generación (210) está dispuesto para suministrar una interrupción para el al menos un generador de turbina eólica (209), dicho al menos un generador de turbina eólica (209) se dispone para actuar tras la interrupción.

Description

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DESCRIPCION

Controladores de tension de ancho de banda multiple para una planta de generacion de ene^a eolica Campo de la invencion

La presente invencion se refiere en general a una planta de generacion de energfa eolica y, en particular, a un metodo para el control del nivel de tension de la planta de generacion de energfa eolica.

Antecedentes de la invencion

Una turbina eolica es un sistema de conversion de energfa que convierte la energfa cinetica del viento en energfa electrica para las redes electricas de potencia. Espedficamente, el viento incidente sobre las palas del generador de turbina eolica (WTG) provoca que el rotor del WTG gire. La energfa mecanica del rotor en rotacion se convierte a su vez en energfa electrica mediante un generador electrico.

Se hace referencia frecuentemente a una planta de generacion de energfa eolica como un grupo de generadores de turbina eolica que se conectan en comun a una red electrica a traves de un punto de conexion comun, tambien conocido como punto de acoplamiento comun (PCC). Adicionalmente, la planta de generacion de energfa eolica puede comprender un controlador de la planta de generacion (PPC) y/o alguna clase de equipo de compensacion de potencia reactiva, tal como unos STATCOM o condensadores de conmutadores, u otros.

Debido a los avances en los requisitos normativos de la red y a que entra mas energfa eolica en la red electrica, hay una necesidad importante de que el generador de turbina eolica y especialmente la planta de generacion de energfa eolica sea capaz de proporcionar el soporte requerido por la red cuando sea necesario. La estabilidad de la tension se ve como un problema principal en muchos sistemas de potencia especialmente en la localizacion de la planta de generacion de energfa eolica. Por ello, la planta de generacion de energfa eolica y sus generadores de turbina eolica debenan ser capaces de proporcionar un soporte avanzado que pueda ser comparable al de las maquinas smcronas tradicionales con respecto al soporte de la tension.

El documento US2010/0332042 describe un parque eolico que incluye una pluralidad de instalaciones de energfa eolica, un punto de transferencia en el que la energfa electrica producida por las instalaciones de energfa eolica se transfiere a un sistema de la red electrica publica y para el que estan preestablecidos los valores nominales, y un sensor de medicion configurado para medir los valores reales electricos en el punto de transferencia. El parque eolico incluye tambien un regulador maestro asociado con un nivel de control superior y configurado para usar los valores nominales superiores y los valores reales superiores en el nivel de control superior para determinar los preestablecidos para un nivel de control inferior, y una pluralidad de reguladores submaestros asociados con el nivel de control inferior y configurados para usar los preestablecidos como un valor nominal inferior y, basandose en el valor nominal inferior y un valor real inferior, determinar los preestablecidos para las instalaciones de energfa eolica. Puede conseguirse asf un alto nivel de precision en el control incluso en grandes parques eolicos.

Los documentos EP1512869A1 y WO2009/083448 tambien describen parques eolicos y controladores para el control de dichos parques eolicos.

Sumario de la invencion

El presente Sumario se proporciona para introducir una seleccion de conceptos en una forma simplificada que se describen adicionalmente a continuacion en la Descripcion detallada. Este sumario no pretende identificar caractensticas clave o caractensticas esenciales de la materia objeto reivindicada, ni se pretende que se use como una ayuda en la determinacion del alcance de la materia objeto reivindicada.

En un aspecto, la presente invencion se refiere a una planta de generacion de energfa eolica, que comprende al menos un generador de turbina eolica,

en el que cada uno del al menos un generador de turbina eolica incluye un bucle de control interior, teniendo el bucle de control interior un primer controlador de tension con un primer ancho de banda, dispuesto el controlador de tension para el control de un nivel de tension, y

en el que la planta de generacion de energfa eolica incluye un bucle de control exterior, teniendo el bucle de control exterior un controlador de la planta de generacion con un segundo controlador de tension con un segundo ancho de banda, dispuesto tambien el segundo controlador de tension para el control del nivel de tension, en el que el primer ancho de banda es mayor que el segundo ancho de banda,

en el que la planta de generacion de energfa eolica comprende adicionalmente un dispositivo de medicion para la medicion de la tension en un punto de acoplamiento comun, estando dispuesto dicho dispositivo de medicion para la comunicacion de una senal al controlador de la planta de generacion, que puede reiniciar el primer bucle de control, y

en el que el controlador de la planta de generacion esta dispuesto para suministrar una interrupcion para el al

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menos un generador de turbina eolica, dicho al menos un generador de turbina eolica se dispone para actuar tras la interrupcion.

Una ventaja del primer aspecto de la presente invencion ayuda a las plantas de generacion de ene^a eolica a cumplir con los requisitos normativos de la red que son exigentes con respecto al control de la tension y la potencia/corriente reactiva. Tambien permite la conexion de turbinas a redes debiles sin provocar muchos problemas de inestabilidad de tension. Otra ventaja del primer aspecto es que la presente invencion proporciona un sistema para detectar cambios en el nivel de tension en un punto de acoplamiento comun. Ademas, la presente invencion se dispone para actuar tras la interrupcion en lugar de esperar a una siguiente muestra del controlador de la planta de generacion, lo que disminuye el tiempo de respuesta para el bucle de control.

A lo largo de la presente descripcion, la expresion “ancho de banda de un controlador” se ha de entender como a que frecuencia mas alta el controlador aun proporciona una respuesta, similar a la interpretacion analogica clasica: la frecuencia del ancho de banda se define como la frecuencia en la que la respuesta a la magnitud en bucle cerrado es igual a -3 dB. De ese modo el controlador con un elevado ancho de banda proporcionara una respuesta rapida a cambios y un controlador con un reducido ancho de banda proporcionara una respuesta lenta. En el control digital, la expresion “ancho de banda de un controlador” puede entenderse como una medida de los recursos de comunicacion de datos disponibles o consumidos expresados en bits/segundo o multiplos de estos. Por ello, el “ancho de banda de un controlador” puede verse como sinonimo de “tasa de bits de un controlador”, “capacidad del canal de un controlador” o “rendimiento de un controlador”. Un controlador con un elevado ancho de banda tendra una alta tasa de bits y por ello proporcionara una respuesta rapida a cambios, mientras que un controlador con un ancho de banda mas reducido tendra una tasa de bits mas baja y por ello proporcionara una respuesta mas lenta. Pueden usarse ambas interpretaciones.

De acuerdo con una realizacion de la invencion, la relacion entre el primer ancho de banda y el segundo ancho de banda esta entre 5 y 20.

Una ventaja de esta realizacion de la presente invencion es que esta relacion proporciona un control de tension estable y robusto para plantas de generacion de energfa eolica conectadas a una red electrica con una elevada relacion de cortocircuito.

De acuerdo con una realizacion de la invencion, la relacion entre el primer ancho de banda y el segundo ancho de banda esta entre 10 y 20.

Una ventaja de esta realizacion de la presente invencion es que esta relacion proporciona un control de tension estable y robusto para plantas de generacion de energfa eolica conectadas a una red electrica con una baja relacion de cortocircuito.

De acuerdo con una realizacion de la invencion, la relacion entre el primer ancho de banda y el segundo ancho de banda depende de una relacion de cortocircuito en un punto de conexion comun de la planta de generacion de energfa eolica.

Una ventaja de esta realizacion de la presente invencion es que la disposicion de la relacion de acuerdo con la relacion de cortocircuito proporcionara un control de tension estable y robusto para plantas de generacion de energfa eolica conectadas a casi cualquier red electrica.

De acuerdo con una realizacion de la invencion, las ganancias y la relacion de las ganancias tanto para controladores lentos como rapidos puede cambiarse basandose en la SCR y la relacion de X/R de la red.

Una ventaja de esta realizacion de la presente invencion es que estas ganancias variables pueden controlar la velocidad de entrega de la potencia/corriente reactiva a la red, lo que proporciona un control de tension estable y robusto para plantas de generacion de energfa eolica conectadas a una red electrica.

De acuerdo con una realizacion de la invencion, el primer y/o el segundo ancho de banda pueden variarse basandose en una impedancia de un punto de conexion a la red de la planta de generacion de energfa eolica.

De acuerdo con una realizacion de la invencion, esta comprende adicionalmente una unidad de compensacion de potencia reactiva con un tercer controlador de tension con un tercer ancho de banda, en el que el tercer ancho de banda es mayor que el primer y el segundo ancho de banda.

Una ventaja de esta realizacion de la presente invencion es que al tener una unidad de compensacion de la potencia reactiva, con la capacidad de un control rapido del suministro de potencia reactiva, tal como unos STATCOM, con un tercer controlador de tension proporciona un control de tension mas estable y robusto para plantas de generacion de energfa eolica conectadas a una red electrica.

De acuerdo con una realizacion de la invencion, esta comprende adicionalmente una unidad de compensacion de la

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potencia reactiva con un tercer controlador de tension con un tercer ancho de banda, en el que el tercer ancho de banda es mas pequeno que el primer y el segundo ancho de banda.

Una ventaja de esta realizacion de la presente invencion es que al tener una unidad de compensacion de la potencia reactiva, sin la capacidad de un control rapido del suministro de potencia reactiva, tal como un MSC (condensador mecanicamente conmutado) o SVC, con un tercer controlador de tension proporciona un control de tension mas estable y robusto para plantas de generacion de energfa eolica conectadas a una red electrica.

En un segundo aspecto, la presente invencion se refiere a un metodo para el control de un nivel de tension en una planta de generacion de energfa eolica, con al menos un generador de turbina eolica que tiene un bucle de control interior, y un bucle de control exterior que tiene un controlador de la planta de generacion, comprendiendo el metodo las etapas de:

- controlar el nivel de tension mediante un primer controlador de tension dispuesto dentro del bucle de control interior, teniendo dicho primer controlador de tension un primer ancho de banda,

- controlar el nivel de tension mediante dicho controlador de la planta de generacion con un segundo controlador de tension dentro del bucle de control exterior, teniendo el segundo controlador de tension un segundo ancho de banda

en el que el primer ancho de banda es mayor que el segundo ancho de banda,

- comunicar una senal desde un dispositivo de medicion, para la medicion de un nivel de tension del punto de acoplamiento comun, al controlador de la planta de generacion, que puede reiniciar el bucle de control interior, y

- suministrar una interrupcion para el al menos un generador de turbina eolica desde el controlador de la planta de generacion, y el al menos un generador de turbina eolica esta actuando tras la interrupcion.

Las ventajas del segundo aspecto y sus realizaciones son equivalentes a las ventajas del primer aspecto de la presente invencion.

De acuerdo con una realizacion del segundo aspecto de la invencion, la planta de generacion de energfa eolica comprende adicionalmente una unidad de compensacion de la potencia reactiva con un tercer controlador de tension, el metodo comprende una etapa adicional de:

- controlar el nivel de tension mediante el tercer controlador de tension con un tercer ancho de banda, en el que el tercer ancho de banda es mayor que el primer y el segundo ancho de banda.

De acuerdo con una realizacion del segundo aspecto de la invencion, el metodo para el control de un nivel de tension en una planta de generacion de energfa eolica comprende unas ganancias y una relacion de ganancias para el primer y el segundo controlador que pueden variarse basandose en una relacion de cortocircuito y una relacion X/R de un punto de conexion comun de la planta de generacion de energfa eolica.

Muchas de las caractensticas evidentes seran mas claramente apreciadas cuando las mismas lleguen a comprenderse mejor con referencia a la descripcion detallada a continuacion considerada en conexion con los dibujos adjuntos. Las caractensticas preferidas pueden combinarse segun sea apropiado, como sera evidente para un experto en la materia, y pueden combinarse con cualquiera de los aspectos de la invencion.

Breve descripcion de los dibujos

La figura 1 muestra una estructura general de una turbina eolica.

La figura 2 muestra una planta de generacion de energfa eolica de acuerdo con la presente invencion.

La figura 3 muestra las fuentes de impedancia de una planta de generacion de energfa eolica.

La figura 4 muestra los controladores de tension en una planta de generacion de energfa eolica con un STATCOM.

La figura 5 muestra una planta de generacion de energfa eolica con un dispositivo de medicion en el punto de acoplamiento comun que acciona un marcador.

La figura 6 muestra un diagrama de flujo del metodo de la presente invencion.

Descripcion detallada de la invencion

La presente invencion se explicara ahora con detalles adicionales. Aunque la invencion es susceptible de diversas modificaciones y formas alternativas, se han divulgado realizaciones espedficas por medio de ejemplos. Debena entenderse, sin embargo, que no se pretende que la invencion este limitada a las formas particulares divulgadas. Por el contrario, la invencion ha de cubrir todas las modificaciones, equivalentes y alternativas que caigan dentro del alcance de la invencion tal como se define por las reivindicaciones adjuntas.

Debido a los avances en los requisitos normativos de la red y a que entra mas energfa eolica en la red electrica, hay

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una necesidad importante de que un generador de turbina eolica y especialmente una planta de generacion de ene^a eolica sean capaces de proporcionar el soporte requerido por la red siempre que sea necesario. Se ve que la estabilidad de tension es el problema principal en muchos sistemas de generacion especialmente en la localizacion de la planta de generacion de energfa eolica. Por ello, el WTG debena ser capaz de proporcionar un soporte avanzado que pueda ser comparable al de maquinas smcronas tradicionales con respecto al soporte de tension.

La presente invencion proporciona un metodo y una configuracion con controladores de tension de ancho de banda multiple, un primero con un elevado ancho de banda, implementado en un controlador de tension del generador de turbina eolica y un segundo con un reducido ancho de banda, implementado en un controlador de tension del controlador de la planta de generacion.

La respuesta de una maquina smcrona durante una cafda de tension sera, debido a sus propiedades inherentes, una inyeccion de potencia reactiva debido a la desmagnetizacion inmediata del estator. El elevado ancho de banda o respuesta rapida del controlador de un controlador de tension de la turbina eolica de la presente invencion puede verse como un paralelo a este de la maquina smcrona. La respuesta mas lenta del controlador de excitacion es el paralelo al controlador de ancho de banda bajo o controlador mas lento de tension de la planta de generacion.

El ancho de banda del controlador se ha de entender aqrn como a que frecuencia mas alta el controlador aun proporcionar una respuesta, similar a la interpretacion analogica clasica: la frecuencia del ancho de banda se define como la frecuencia en la que la respuesta a la magnitud en bucle cerrado es igual a -3 dB, de modo que un controlador con un ancho de banda elevado proporcionara una respuesta rapida a cambios y un controlador con un ancho de banda reducido proporcionara una respuesta lenta. En el control digital, la expresion “ancho de banda de un controlador” puede entenderse como una medida de los recursos de comunicacion de datos disponibles o consumidos expresados en bits/segundo o multiplos de estos. Por ello, el “ancho de banda de un controlador” puede verse como sinonimo de “tasa de bits de un controlador”, “capacidad de canal de un controlador” o “rendimiento de un controlador”. Un controlador con un ancho de banda elevado tendra una alta tasa de bits y por ello proporcionara una respuesta rapida a cambios, mientras que un controlador con un ancho de banda reducido tendra una tasa de bits mas baja y proporcionara asf una respuesta mas lenta. Pueden usarse ambas interpretaciones.

La potencia electrica, tal como es conocido para un experto en la materia, puede dividirse en un componente de potencia activa y un componente de potencia reactiva. Para el control de tension es frecuentemente un cambio en la potencia reactiva lo que proporciona el mayor cambio en la tension, mientras que los cambios en la frecuencia se vinculan frecuentemente con cambios en la potencia activa.

La Fig. 1 muestra una configuracion general de un generador de turbina eolica 1. El generador de turbina eolica 1 incluye una torre 2 que tiene un numero de secciones de torre, una gondola 3 situada en la parte superior de la torre 2, y un rotor 4 que se extiende desde la gondola 3. La torre 2 se erige sobre una cimentacion 7 construida en el terreno. El rotor 4 es giratorio con respecto a la gondola 3, e incluye un buje 5 y una o mas palas 6. El viento incidente sobre las palas 6 provoca que el rotor 4 gire con respecto a la gondola 3. La energfa mecanica de la rotacion del rotor 4 se convierte en energfa electrica mediante un generador (no mostrado) en la gondola 3. La energfa electrica se convierte posteriormente en una potencia electrica de frecuencia fija, mediante un convertidor de potencia, a ser suministrada a la red electrica. El generador de turbina eolica puede formar parte tambien de un parque eolico o una planta de generacion de energfa eolica que comprende una pluralidad de turbinas eolicas. Toda la potencia electrica generada por los generadores de turbina eolica individuales en el parque eolico se consolida y suministra a la red electrica atraves de un punto de acoplamiento comun PCC (no mostrado en la figura 1).

Aunque la turbina eolica 1 mostrada en la Figura 1 tiene tres palas 6, debena tomarse nota de que una turbina eolica puede tener un diferente numero de palas. Es comun encontrar turbinas eolicas que tengan dos a cuatro palas. El generador de turbina eolica 1 mostrado en la Figura 1 es una turbina eolica de eje horizontal (HAWT) en la que el rotor 4 gira alrededor de un eje horizontal. Debena tomarse nota de que el rotor 4 puede girar alrededor de un eje vertical. Dichos generadores de turbina eolica que tiene sus rotores giratorios alrededor de un eje vertical son conocidos como turbinas eolicas de eje vertical (VAWT). Las realizaciones descritas de aqrn en adelante no estan limitadas a HAWT que tengan 3 palas. Pueden implementarse tanto en HAWT como en VAWT y que tengan cualquier numero de palas 6 en el rotor 4.

La idea de la presente invencion es operar la WPP bajo el modo de control de tension que tiene al menos dos anchos de banda. El controlador de tension presente en el generador de turbina eolica actuara como un controlador de ancho de banda mas elevado (actuacion rapida) y respondera por su parte tan pronto como se vea una perturbacion de tension, uno de los objetivos para el controlador de tension de la presente invencion es alcanzar una tension previa a una falta en los terminales del WTG. Esta accion se llevara a cabo por todos los generadores de turbina eolica disponibles en la planta de generacion de energfa eolica y puede considerarse que esta en el nivel de turbina.

Sin embargo, tan pronto como el controlador de la planta de generacion identifique la perturbacion se generara un nuevo conjunto de senales de control. El nuevo conjunto de senales de control puede basarse en diversos otros

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parametros tales como la disponibilidad de los WTG, juego disponible en el STATCOM 230 (vease la figura 4) o MSC (no mostrado), requisitos desde la normativa de la red y condiciones del sistema (relacion de cortocircuito y relacion X/R) en ese instante.

El nuevo conjunto de senales de control o senales de referencia se pasaran al WTG con un retardo de comunicacion entre el PPC y el WTG y habra tambien un retardo entre el controlador principal del WTG y un controlador del convertidor dentro del convertidor electronico de potencia del generador de turbina eolica si uno de ese tipo esta presente. Aparte de esto, podna haber tambien un retardo de tiempo intencionado en el bucle para el controlador de la planta de generacion excepto en el caso de comunicacion basada en interrupciones. Esta puede considerarse que funciona con un ancho de banda mas bajo y sera superada por la orden que es seguida por el WTG basandose en las logicas de ancho de banda elevado.

Es importante no tener el mismo ancho de banda en ambos controladores de tension, dado que dos controladores con el mismo ancho de banda pueden conducir a oscilacion en la tension y para asegurarse de que el bucle interior sigue al bucle exterior.

El controlador del WTG trata de controlar el nivel de tension en la conexion del generador de turbina eolica si no se da ninguna orden desde el PPC. Si se da la orden desde el PPC y si los WTG siguen la orden, los WTG controlaran la tension en el PCC, pero siendo supervisados por el PPC.

El PPC controla la tension en el punto PCC. Tambien, el PPC tiene frecuentemente otros modos de control como control de potencia reactiva o un modo de control del factor de potencia (PF), en donde el objetivo es la potencia reactiva (Q) o el PF y ya no la tension.

En una realizacion de la presente invencion hay mas de dos niveles de ancho de banda de los bucles de control, concretamente cuando hay un equipo de control de tension adicional instalado dentro de la WPP. Como un ejemplo, una planta de generacion de energfa eolica puede tener una pluralidad de generadores de turbina eolica 201, y un STATCOM (vease la figura 4) para proporcionar una compensacion de potencia reactiva rapida, y algunos condensadores (MSC) o reactores (MSR) conmutados mecanicamente para proporcionar una compensacion de potencia reactiva mas lenta y un controlador de la planta de generacion (PPC) 210 funcionando con anchos de banda diferentes.

Una ventaja de la presente invencion de un controlador de ancho de banda multiple es una mejora de la estabilidad de la red asf como la posibilidad de realizar la mejor utilizacion de la capacidad de potencia reactiva disponible y control a nivel del sistema disponible en el controlador de la planta de generacion.

La estrategia de control durante la recuperacion de la tension despues de un evento en la red es tambien importante para evitar cualquier problema imprevisto en la red. Esto puede manejarse por la comunicacion basada en interrupciones desde el controlador de la planta de generacion a al menos una turbina eolica que responde a la interrupcion. Esto puede reiniciar el bucle de control de tension rapido.

En una realizacion preferida se usa Qref como el parametro de despacho en lugar de la senal de referencia de tension real, dado que se cree que el uso de Qref es mas rapido en tiempo de respuesta.

En una realizacion, el Qref de despacho puede ser diferente de turbina a turbina. El Qref para cada turbina puede calcularse basandose en impedancias medidas para cada turbina, o basandose en una realimentacion, o basandose alternativamente en un algoritmo de aprendizaje cuando el controlador de la planta de generacion aprende sobre el nivel de impedancia de cada turbina basandose en una respuesta a pequena senal o en captura de datos durante el funcionamiento normal.

En una realizacion, la Vref de despacho puede ser diferente de turbina a turbina. La Vref para cada turbina puede calcularse basandose en impedancias medidas para cada turbina, o basandose en una realimentacion, o basandose alternativamente en un algoritmo de aprendizaje cuando el controlador de la planta de generacion aprende el nivel de impedancia de cada turbina basandose en una respuesta a pequena senal o captura de datos durante el funcionamiento normal. Diferentes Vref a cada generador de turbina eolica debenan tener en consideracion el hecho de que el nivel de tension a lo largo de una lmea/cable de potencia cae debido a la impedancia de la lmea/cable.

En una realizacion, la relacion de anchos de banda puede variar entre 5 y 10.

En una realizacion, la relacion de anchos de banda puede variar entre 10 y 20.

En otra realizacion, la relacion de anchos de banda puede variar entre 5 y 20.

En otra realizacion, la relacion de anchos de banda puede variar dependiendo del punto de conexion de la WPP a la red. Los anchos de banda de la turbina y del PPC en condiciones normales o de falla pueden ajustarse tambien basandose en la SCR y relacion X/R de la red.

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En otra realizacion de la invencion, las ganancias y la relacion de las ganancias para tanto el WTG como los controladores del PPC puede cambiarse basandose en la SCR y la relacion X/R de la red (parcialmente tomada de la patente de Vestas WO2009083448, relacion que no se considera en la patente WO2009083448).

La Figura 2 muestra una planta de generacion de energfa eolica 200, con dos generadores de turbina eolica 201a, 201b, el numero de dos es solamente por simplicidad, podna ser cualquier numero mas alto de dos. El generador de turbina eolica 201a tiene una senal de salida 204a, en este ejemplo esta es la tension; esta senal se mide 205a mediante un sensor de tension (no mostrado) y se suministra a un controlador de tension 202a del generador de turbina eolica. El controlador 202a genera un punto de consigna 206a de tension, que se compara con una referencia de tension Uref 203a en un bloque de suma 207a. El error del controlador 208a se usa como parametro del controlador en los generadores de turbina eolica 201a. El controlador de la planta de generacion 210 obtiene mediciones 214 de la tension en el punto de acoplamiento comun (PCC) 220, obtenidas mediante otro sensor de tension (no mostrado). La medicion 214 se compara con una referencia de tension 212 en el bloque de suma 211, esta referencia 212 puede haberse generado dentro del controlador de la planta de generacion (PPC) 210 o puede haberse suministrado externamente. La salida del bloque de suma 211 se proporciona al interior de un controlador de tension 213 del PPC, que despacha referencias de tension 203 individuales a los generadores de turbina eolica 201 individuales.

Aunque la Figura 2 muestra que el generador de turbina eolica recibe una Uref 203, algunas realizaciones pueden no tener la senal Uref 203, es decir si no hay senal desde el PPC 210 al controlador de turbina 202, 207, el controlador de tension en el nivel de la turbina 202 controla el nivel de tension en sus propios terminales electricos 204.

Como se ha mencionado, la referencia de tension 203 puede ser en su lugar una referencia de potencia reactiva, lo que no se muestra en ninguna figura. Incluso si la senal de referencia es una referencia de potencia reactiva, la senal de salida a ser medida puede ser una senal tension, en otras realizaciones puede ser una senal de potencia reactiva.

La Fig. 3 muestra una disposicion esquematica de la planta de generacion de energfa eolica 300 de acuerdo con una realizacion. La disposicion esquematica de la Fig. 3 ilustra las impedancias que se introducen dentro de la planta de generacion de energfa eolica 300. Por razones de claridad, solo se ilustra un generador de turbina eolica 301 en la Fig. 3. Debena tomarse nota de que la planta de generacion de energfa eolica 300 puede incluir mas de un generador de turbina eolica 301. Se supone tambien que se genera por parte del generador de turbina eolica 301 tanto corriente reactiva como activa. El generador de turbina eolica 301 se conecta a un transformador de turbina eolica 302. El transformador de turbina eolica 302 se conecta a su vez al transformador de la planta de generacion de energfa eolica 304 a traves de cables de potencia 305. La impedancia de los cables de potencia 305 se representa por la impedancia de cable 303. La planta de generacion de energfa eolica 300 se conecta a un sistema o red de compafna 311 usando lmeas aereas (OVL) 310. La impedancia de las OVL 310 se representa por la impedancia de OVL 306. La planta de generacion de energfa eolica 300 se relaciona con la red 311 a traves del PCC 312. La red 311 suministra potencia a una carga, por ejemplo una unidad domestica 320. Las plantas de generacion adicionales, por ejemplo una planta de generacion de carbon 321 convencional, pueden suministrar tambien potencia a la red 311. De acuerdo con una realizacion, la impedancia del cable 303 y la impedancia de la OVL 306 se tienen en cuenta cuando se determinan las corrientes activa y reactiva a ser generadas, de modo que proporcionen la corriente reactiva optima en el PCC 312. La WPP puede comprender tambien otros, tales como un transformador, cables de alta tension, lmea aerea o conexion HVDC antes de la conexion al punto de acoplamiento comun.

Las plantas de generacion de energfa eolica tienen frecuentemente equipo de compensacion de potencia reactiva tales como unos STATCOM 230, condensadores conmutados mecanicamente, SVC, etc. El STATCOM 230 tendna tambien un controlador de tension; el ancho de banda de ese controlador de tension puede ser mas elevado que los anchos de banda de tanto el controlador de tension del generador de turbina eolica como del controlador de tension del PPC.

La Figura 4 muestra una planta de generacion de energfa eolica con un STATCOM 230 para proporcionar un soporte de potencia reactiva adicional. El WTG 209 tiene un bucle de control de realimentacion 240 como se describe en la Fig. 2. El STATCOM 230 tiene tambien un bucle de realimentacion 245. Los bucles de realimentacion 240 y 245 tienen elevados anchos de banda, en donde el ancho de banda 245 es mas alto que el ancho de banda 240. El controlador de la planta de generacion 210 proporciona el bucle de realimentacion exterior 250, con el ancho de banda mas bajo.

En una realizacion, el STATCOM 230 responde por su parte y el PPC 210, incluso con un ancho de banda mas bajo, solamente permite que el STATCOM 230 realice el control basandose en la capacidad de los STATCOM en lugar de que el PPC 210 controle el nivel de tension del STATCOM. El PPC 210 aun controla las turbinas respecto a un

objetivo de potencia reactiva Qturbina _ (Qtotal requerida — Qsuministrada por STATCOM).

En una realizacion de la invencion (vease la figura 5) hay un dispositivo de medicion 511 para medir la tension en el

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punto PCC que puede accionar un marcador, enviarlo al PPC que puede reiniciar inmediatamente el bucle de control de ancho de banda mas alto.

En una realizacion de la presente invencion el marcador anteriormente mencionado y el evento activado en el PPC pueden suministrarse a los WTG como una senal de interrupcion 520 que puede forzar a los WTG a actuar tras las ordenes de interrupcion en lugar de esperar a la siguiente muestra desde el PPC.

La Figura 5 muestra una planta de generacion de energfa eolica 500, similar a la de la Figura 2, mostrando solamente sin embargo un generador de turbina eolica 209. En el punto de acoplamiento comun, el dispositivo de medicion de tension 500 tiene un sistema 510 para activar un marcador, que puede suministrarse 515 al PPC 210. El PPC puede enviar una senal de interrupcion 520 al controlador de turbina eolica 202, que reinicia inmediatamente el bucle de control.

La Figura 6 muestra un diagrama de flujo de un metodo para el Metodo para el control del nivel de tension en una planta de generacion de energfa eolica, con al menos un generador de turbina eolica, y un controlador de planta de generacion, en una realizacion. La etapa 601 incluye el funcionamiento normal en donde no se requieren cambios.

La etapa 602 incluye el primer bucle de control con el controlador de tension de ancho de banda elevado; este bucle de control esta en el nivel del generador de turbina eolica. La etapa 603 incluye el bucle de control del controlador de la planta de generacion, con el controlador de tension de ancho de banda reducido.

La presente invencion maneja y combina dos bucles de control relacionados en una forma optima y hace el mejor uso de la capacidad de Q disponible de los WTG asf como de cualquier otro dispositivo de Compensacion de Potencia reactiva disponible en la WPP. Esto lleva a los WTG y PPC a un siguiente nivel de control coordinado.

La presente invencion ayuda a las plantas de generacion de energfa eolica a cumplir con los requisitos normativos de la red que son exigentes con respecto al control de la tension y potencia/corriente reactiva. Tambien permite la conexion de turbinas a redes debiles sin provocar muchos problemas de inestabilidad de tension.

En sumario, la invencion se refiere a una planta de generacion de energfa eolica, con al menos un generador de turbina eolica, en donde cada uno del al menos un generador de turbina eolica tiene un primer controlador de tension con un primer ancho de banda, dispuesto para el control de un nivel de tension, y en donde la planta de generacion de energfa eolica tiene un controlador de planta de generacion con un segundo controlador de tension con un segundo ancho de banda dispuesto tambien para el control del nivel de tension, el primer ancho de banda es mayor que el segundo ancho de banda. La invencion se refiere tambien a un metodo para el control del nivel de tension de una planta de generacion de energfa eolica, mediante el uso de controladores de tension de ancho de banda multiple.

Cualquier intervalo o valor de dispositivo dado en el presente documento puede extenderse o alterarse sin perdida del efecto buscado, como sera evidente para los expertos en la materia.

Se entendera que los beneficios y ventajas descritas anteriormente pueden referirse a una realizacion o pueden referirse a varias realizaciones. Se entendera adicionalmente que la referencia a “un” artfculo se refiere a uno o mas de dichos artfculos.

Se entendera que la descripcion anterior de una realizacion preferida se da a modo de ejemplo solamente y que pueden realizarse varias modificaciones por los expertos en la materia. La especificacion, ejemplos y datos anteriores proporcionan una descripcion completa de la estructura y uso de realizaciones de ejemplo de la invencion. Aunque se han descrito anteriormente varias realizaciones de la invencion con un cierto grado de particularidad, o con referencia a una o mas realizaciones individuales, los expertos en la materia podnan realizar numerosas alteraciones a las realizaciones divulgadas sin apartarse del alcance de la presente invencion, tal como se define por las reivindicaciones adjuntas.

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Planta de generacion de ene^a eolica (200; 500) que comprende al menos un generador de turbina eolica (209),

en el que cada uno del al menos un generador de turbina eolica incluye un bucle de control interior, teniendo el bucle de control interior un primer controlador de tension (202) con un primer ancho de banda, dispuesto el primer controlador de tension (202) para el control de un nivel de tension, y

en el que la planta de generacion de energfa eolica incluye un bucle de control exterior, teniendo el bucle de control exterior un controlador de la planta de generacion (2l0) con un segundo controlador de tension (213) con un segundo ancho de banda, dispuesto tambien el segundo controlador de tension (213) para el control del nivel de tension,

en el que el primer ancho de banda es mayor que el segundo ancho de banda,

en el que la planta de generacion de energfa eolica (200; 500) comprende adicionalmente un dispositivo de medicion para la medicion de la tension en un punto de acoplamiento comun (220), estando dispuesto dicho dispositivo de medicion para la comunicacion de una senal al controlador de la planta de generacion (210), que puede reiniciar el bucle de control interior, y en el que el controlador de la planta de generacion (210) esta dispuesto para suministrar una interrupcion para el al menos un generador de turbina eolica (209), dicho al menos un generador de turbina eolica (209) se dispone para actuar tras la interrupcion.
2. Planta de generacion de energfa eolica de acuerdo con la reivindicacion 1, en la que el nivel de tension es el de un punto de acoplamiento comun (220).
3. Planta de generacion de energfa eolica de acuerdo con la reivindicacion 1, en la que la relacion entre el primer ancho de banda y el segundo ancho de banda esta entre 5 y 10.
4. Planta de generacion de energfa eolica de acuerdo con la reivindicacion 1, en la que la relacion entre el primer ancho de banda y el segundo ancho de banda esta entre 10 y 20.
5. Planta de generacion de energfa eolica de acuerdo con la reivindicacion 1, en la que la relacion entre el primer ancho de banda y el segundo ancho de banda depende de una relacion de cortocircuito en un punto de conexion comun (220) de la planta de generacion de energfa eolica (200; 500).
6. Planta de generacion de energfa eolica de acuerdo con la reivindicacion 1, en la que el primer y/o el segundo ancho de banda pueden variarse basandose en una impedancia de un punto de conexion a la red de la planta de generacion de energfa eolica (200; 500).
7. Planta de generacion de energfa eolica de acuerdo con la reivindicacion 1, en la que la relacion del primer y segundo controlador (202, 213) depende de una relacion de cortocircuito y una relacion X/R del punto de conexion comun (220) de la planta de generacion de energfa eolica.
8. Planta de generacion de energfa eolica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones previas, que comprende adicionalmente una unidad de compensacion de la potencia reactiva (230) con un tercer controlador de tension con un tercer ancho de banda, en el que el tercer ancho de banda es mayor/menor que el primer y el segundo ancho de banda.
9. Metodo para el control de un nivel de tension en una planta de generacion de energfa eolica (200; 500), con al menos un generador de turbina eolica (209) que tiene un bucle de control interior, y un bucle de control exterior que tiene un controlador de la planta de generacion (210), comprendiendo el metodo las etapas de:

- controlar el nivel de tension mediante un primer controlador de tension (202) dispuesto dentro del bucle de control interior, teniendo dicho primer controlador de tension (202) un primer ancho de banda,

-controlar el nivel de tension mediante dicho controlador de la planta de generacion (210) con un segundo controlador de tension (213) dentro del bucle de control exterior, teniendo el segundo controlador de tension (213) un segundo ancho de banda

en el que el primer ancho de banda es mayor que el segundo ancho de banda,

- comunicar una senal desde un dispositivo de medicion, para la medicion de un nivel de tension del punto de acoplamiento comun, al controlador de la planta de generacion (210), que puede reiniciar el bucle de control interior, y

- suministrar una interrupcion para el al menos un generador de turbina eolica (209) desde el controlador de la planta de generacion (210), y el al menos un generador de turbina eolica (209) esta actuando tras la interrupcion.
10. Metodo para el control de un nivel de tension en una planta de generacion de energfa eolica de acuerdo con la reivindicacion 9, en el que la relacion entre el primer ancho de banda y el segundo ancho de banda esta entre 5 y 20.
11. Metodo para el control de un nivel de tension en una planta de generacion de ene^a eolica de acuerdo con la reivindicacion 9, en el que la relacion entre el primer ancho de banda y el segundo ancho de banda depende de una relacion de cortocircuito en un punto de conexion comun (220) de la planta de generacion de energfa eolica (200;

5 500).
12. Metodo para el control de un nivel de tension en una planta de generacion de energfa eolica de acuerdo con la reivindicacion 9, en el que el primer y/o segundo ancho de banda pueden variarse basandose en una impedancia de un punto de conexion a la red (220) de la planta de generacion de energfa eolica (200; 500).

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13. Metodo para el control de un nivel de tension en una planta de generacion de energfa eolica de acuerdo con la reivindicacion 9, en el que unas ganancias y una relacion de ganancias para el primer y segundo controladores pueden variarse basandose en una relacion de cortocircuito y una relacion X/R de un punto de conexion comun (220) de la planta de generacion de energfa eolica (200; 500).

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14. Metodo para el control del nivel de tension en una planta de generacion de energfa eolica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones previas 9-13, comprendiendo el metodo una etapa adicional de:

- controlar el nivel de tension mediante un tercer controlador de tension en una unidad de compensacion de 20 potencia reactiva (230), en el que el tercer controlador de tension tiene un tercer ancho de banda, en el que el

tercer ancho de banda es mayor que el primer y el segundo ancho de banda.