ES2646336T3 - Aparato de generación de energía eólica - Google Patents

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ES2646336T3 ES10817169.5T ES10817169T ES2646336T3 ES 2646336 T3 ES2646336 T3 ES 2646336T3 ES 10817169 T ES10817169 T ES 10817169T ES 2646336 T3 ES2646336 T3 ES 2646336T3
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Ryosuke Ito
Takanori Okubo
Tadaaki Chikashige
Takashi Yamazaki
Hikaru Matsumiya
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Abstract

Aparato de generación de energía eólica que comprende: un generador (2) que comprende un imán (21) y un devanado (22) de inducido y que tiene una pala (20) de rotación de aerogenerador; y una unidad (40-1, 40-2, 40-3) de conmutación para controlar la velocidad de rotación de la pala (20) de rotación de aerogenerador mediante la producción de cortocircuito en el devanado (22) de inducido en ciclos de trabajo controlados; y una unidad (35) de control que, en uso, cuando un inversor (30) está conectado como carga, controla y mantiene la velocidad de rotación de la pala (20) de rotación de aerogenerador a un valor predeterminado mediante la producción de cortocircuito por parte de la unidad (40-1, 40-2, 40-3) de conmutación en el devanado (22) de inducido en ciclos de trabajo controlados; caracterizado por una unidad (31, 32, 33) de derivación para controlar una tensión de salida del generador conectando intermitentemente una resistencia (32) a una salida del generador (2); y dicha unidad (35) de control, antes de que se encienda el inversor (30), conecta intermitentemente la resistencia a la salida del generador para evitar que se aplique una tensión que es demasiado alta al inversor (30) y después de que se encienda el inversor (30), usa la unidad (4 0-1, 4 0-2, 4 0-3) de conmutación para controlar la velocidad de rotación de la pala (20) de rotación de aerogenerador para mantener una tensión constante aplicada al inversor (30).

Description

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APARATO DE GENERACION DE ENERGIA EOLICA DESCRIPCION
Campo tecnico
La presente invencion se refiere a un aparato de generacion de ene^a eolica.
Antecedentes de la tecnica
Recientemente ha habido frecuentes casos de condiciones meteorologicas anomalas asociadas con el calentamiento global. Se ha informado de que muchos glaciares en las regiones polares se estan derritiendo debido al calentamiento global. Se ha previsto que las condiciones meteorologicas anomalas destruiran o cambiaran el ecosistema global en gran medida. Para mantener ambientes seguros y aptos para la vida para las generaciones futuras, es necesario evitar tales alteraciones ambientales que se deben al calentamiento global. Se considera que una razon principal del calentamiento global es la emision de gran cantidad de dioxido de carbono a la atmosfera. Esto ocurre porque, en la civilizacion moderna, la energfa se obtiene principalmente quemando combustibles fosiles tales como el carbon o el petroleo. Por consiguiente, para obtener energfa mientras se evita el calentamiento global, es necesaria una fuente de energfa que no dependa de combustibles fosiles convencionales.
Como tales nuevas fuentes de energfa, se ha prestado especial atencion a la energfa eolica y la luz solar. En consideracion a esto, se estan investigando y desarrollando activamente la generacion de energfa eolica y la generacion de energfa solar en varios pafses.
Mientras tanto, para usar la electricidad generada como suministro de energfa comercial, se requieren inversores para la generacion de energfa eolica y la generacion de energfa solar. Sin embargo, la generacion de energfa eolica y la generacion de energfa solar estan adaptadas a diferentes tensiones nominales, y por lo tanto existfa la necesidad de desarrollar un inversor dedicado para cada metodo de generacion de energfa. Esto causa retrasos en la salida al mercado de generadores de energfa eolica recien desarrollados y reduce la compatibilidad entre generadores de energfa eolica y generadores de energfa solar. Por consiguiente, se necesitan ideas para aplicar inversores de proposito general a generadores y, en particular, a generadores de energfa eolica.
Tecnica anterior
La memoria de la patente estadounidense US 2003/071467 describe un controlador para una turbina eolica que puede poner en funcionamiento un modo de potenciacion para permitir un rendimiento optimo en condiciones de poco viento y proporcionar entrada en perdida aerodinamica en condiciones de mucho viento. La memoria de la patente estadounidense US 2007/024059 describe un metodo para dispositivos de conmutacion en un componente de conversion de energfa de un sistema de turbina eolica para proporcionar flujo de energfa a traves del componente de conversion y para evitar el flujo de energfa a traves del componente de conversion de energfa. La memoria de la patente estadounidense US 2007/0013194 describe una turbina eolica con un inversor bidireccional. La solicitud internacional WO 2007/109048 describe un generador de turbina eolica y un circuito de control de frenado PWM que tiene un circuito de deteccion de velocidad.
Sumario de la invencion
Problemas a resolver por la invencion
Un objetivo de la presente invencion es proporcionar un aparato de generacion de energfa eolica al que se pueden aplicar inversores de proposito general.
Medios para resolver los problemas
La presente invencion proporciona un aparato de generacion de energfa eolica que comprende un generador que comprende un iman y un devanado de inducido y que tiene una pala de rotacion de aerogenerador y una unidad de conmutacion para controlar la velocidad de rotacion de la pala de rotacion de aerogenerador mediante la produccion de cortocircuito en el devanado de inducido en ciclos de trabajo controlados y una unidad de control que, en uso, cuando un inversor esta conectado como carga, controla y mantiene la velocidad de rotacion de la pala de rotacion de aerogenerador a un valor predeterminado mediante la produccion de cortocircuito por parte de la unidad de conmutacion en el devanado de inducido en ciclos de trabajo controlados, caracterizado por una unidad de derivacion para controlar una tension de salida del generador conectando intermitentemente una resistencia a una salida del generador, y la unidad de control, antes de que se encienda el inversor, conecta intermitentemente la resistencia a la salida del generador para evitar que se aplique una tension que es demasiado alta al inversor, y despues de que se encienda el inversor, usa la unidad de conmutacion para controlar la velocidad de rotacion de la pala de rotacion de aerogenerador para mantener una tension constante aplicada al inversor.
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Preferiblemente, en uso, la unidad de conmutacion controla la velocidad de rotacion de la pala de rotacion de
aerogenerador y potencia la tension de salida mediante la produccion de cortocircuito en el devanado de inducido en
el ciclo de trabajo controlado.

Ventajosamente, en uso, despues de que se apague el inversor, la unidad de control controla y mantiene la

velocidad de rotacion de la pala de rotacion de aerogenerador al valor predeterminado mediante la produccion de
cortocircuito por parte de la unidad de conmutacion en el devanado de inducido en los ciclos de trabajo controlados.
Preferiblemente, en uso, el inversor funciona en un modo de tension nominal.
Ventajosamente, en uso, para frenar la pala de rotacion de aerogenerador, la unidad de control controla los ciclos de trabajo para extender, gradualmente, un periodo de tiempo durante el que se produce el cortocircuito en la unidad de conmutacion.
Breve descripcion de los dibujos
La figura 1 es un diagrama de bloques que ilustra un aparato de generacion de energfa eolica segun una realizacion de la presente invencion.
La figura 2 es un diagrama de flujo que indica el flujo de control de los circuitos 40-1 a 40-3 de conmutacion en la figura 1.
Las figuras 3(a) y 3(b) son cada una un diagrama de flujo que ilustra los flujos de funcionamiento de un inversor y de un aparato de generacion de energfa eolica antes de la activacion del inversor.
La figura 4 es un diagrama secuencial que ilustra las operaciones de un aparato de generacion de energfa eolica segun la presente realizacion.
Descripcion de las realizaciones preferidas
En la presente realizacion, para conectar entre sistemas (conectar a la red) la salida de un aparato de generacion de energfa eolica a una fuente de energfa comercial usando un inversor disenado para conexion entre sistemas, el inversor esta dotado por adelantado de una caractenstica de entrada de tension constante, la tension de salida de un generador de energfa eolica se potencia a una tension de entrada requerida por el inversor, y la tension de salida de un aparato de generacion de energfa eolica se controla y se mantiene a una tension constante que no depende del cambio de la velocidad del viento. En este ejemplo, una conexion entre sistemas indica la interconexion entre un generador y una carga para cada uno de los cuales se define una potencia nominal diferente.
Para conectar entre sistemas la salida de un aparato de generacion de energfa eolica a una fuente de energfa comercial usando un inversor disenado para conexion entre sistemas, la pala de un aparato de generacion de energfa eolica se controla y se mantiene a una frecuencia de rotacion constante determinada por adelantado.
Ademas, para proporcionar la inductancia requerida para la potenciacion de tension y el control de frecuencia de rotacion, se usa una bobina de inducido del generador.
Para conectar entre sistemas la salida de un aparato de generacion de energfa eolica a una fuente de energfa comercial usando un inversor disenado para conexion entre sistemas, la frecuencia de rotacion del generador de energfa eolica se reduce a un valor predeterminado para reducir la tension de salida si el inversor se pone fuera de funcionamiento.
Ademas, para realizar la operacion de freno electromagnetico del generador de energfa eolica, la anchura de trabajo se expande gradualmente refiriendose a la frecuencia de rotacion.
La figura 1 es un diagrama de bloques que ilustra un aparato de generacion de energfa eolica segun una realizacion de la presente invencion.
En la figura 1, un controlador 1 forma un aparato de generacion de energfa eolica que genera eficientemente electricidad controlando un generador 2 de energfa eolica.
El generador 2 de energfa eolica comprende un iman 21 permanente y un devanado 22 de inducido de tres fases, y usando un rectificador 23 convierte una corriente alterna generada mediante la rotacion de una pala 20 de rotacion de aerogenerador que forma un angulo de paso fijo en una corriente continua y suministra electricidad a un inversor 30. El angulo de paso de la pala 20 de rotacion de aerogenerador es fijo, y por consiguiente, en comparacion con aquellos con angulos de paso variables y aquellos con palas retractiles, la pala 20 de rotacion de aerogenerador tiene una estructura relativamente simple y raras veces falla, y su tamano y peso se reducen facilmente.
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El controlador 1 comprende una unidad 11 de conversion de corriente A/C, una unidad 12 de conversion de tension A/C, una unidad 13 de calculo de velocidad de rotacion, una unidad 14 de computacion de ene^a/rpm, una unidad 15 de control de calculo, unidades 16 y 34 de modulacion PWM, y una unidad 35 de control.
La unidad 11 de conversion de corriente A/C detecta, mediante un circuito 26 de deteccion de corriente, el valor de tension de salida de una corriente emitida por el generador 2 de energfa eolica y convierte el valor analogico en un valor digital. La unidad 12 de conversion de tension A/C detecta, mediante un circuito 27 de deteccion de tension, el valor de tension de salida de una tension emitida por el generador 2 de energfa eolica y convierte el valor analogico en un valor digital.
La unidad 13 de calculo de velocidad de rotacion obtiene la velocidad de rotacion de la pala 20 de rotacion de aerogenerador detectandola mediante un circuito 28 de deteccion de velocidad de rotacion. La unidad 14 de computacion de energfa/rpm calcula un valor de salida teorico del generador 2 de energfa eolica basandose en la velocidad de rotacion obtenida por la unidad 13 de calculo de velocidad de rotacion y una caractenstica aerodinamica de pala que es determinada por adelantado y es particular a la pala 20 de rotacion de aerogenerador. En referencia a la caractenstica aerodinamica de pala que es particular a la pala 20 de rotacion de aerogenerador, una caractenstica aerodinamica de pala que indica la relacion entre la velocidad de rotacion de la pala 20 de rotacion de aerogenerador y el par generado por el generador 2 de energfa eolica puede almacenarse en una memoria como tabla de caractenstica teorica o puede usarse una formula multidimensional simulada, tal como WP=a*xn+bxxn~1+ ■■■ +c*x+d (WP=valor de salida teorico; x=frecuencia de rotacion; a, b, c y d=coeficientes), por ejemplo, una formula tridimensional simulada, tal como WP=a1xx3+b1xx2+c-|Xx+d1 (WP=valor de salida teorico; x=frecuencia de rotacion; a-i, b-i, c y d-i=coeficientes).
En referencia al control de velocidad de rotacion, vease, por ejemplo, la solicitud de patente japonesa n° 2009129111. En dicho documento se describen detalles sobre formulas teoricas simuladas.
Basandose en el valor de corriente de salida de la corriente de salida convertida por la unidad 11 de conversion de corriente A/C y el valor de tension de salida de la tension de salida convertida por la unidad 12 de conversion de tension A/C, la unidad 15 de control de calculo calcula el valor de electricidad de salida de la electricidad emitida por el generador 2 de energfa eolica en ese momento, y basandose en el valor de electricidad de salida calculado en ese momento y el valor de salida teorico calculado por la unidad 14 de computacion de energfa/rpm, la unidad 15 de control de calculo calcula los ciclos de trabajo (es decir, el factor de trabajo) de los circuitos 40-1 a 40-3 de conmutacion del rectificador 23, de modo que se emite la electricidad que coincide con el valor de salida teorico. Es decir, como queda claro en la figura 1, los circuitos 40-1 a 40-3 de conmutacion en el estado abierto, como es habitual, rectifican la electricidad generada en el devanado 22, y los circuitos 40-1 a 40-3 de conmutacion en el estado cerrado producen un cortocircuito en el devanado 22. Producir un cortocircuito en el devanado 22 provoca que una sobrecorriente fluya a traves del devanado 22, consiguiendo de este modo el efecto de que, cuando los circuitos 40-1 a 40-3 de conmutacion se apagan posteriormente para suministrar electricidad al rectificador 23, la tension generada se potenciara. Simultaneamente, la sobrecorriente que fluye a traves del devanado 22 provoca que la energfa de la sobrecorriente se consuma en el devanado 22. El consumo de la sobrecorriente provoca el consumo de la energfa de rotacion de la pala 20 de rotacion de aerogenerador, consiguiendo de este modo el efecto de frenar la rotacion de la pala 20 de rotacion de aerogenerador. Esto es lo mismo que conectar una carga a la salida del generador 2 de energfa eolica para consumir la energfa de modo que se reduce la velocidad de rotacion de la pala 20 de rotacion de aerogenerador. Sin embargo, hay una diferencia en el sentido de que, si los circuitos 401 a 40-3 de conmutacion producen un cortocircuito, el devanado 22 de inducido del generador 2 de energfa eolica sirve como la carga. Controlar los ciclos de trabajo significa controlar la frecuencia de aparicion de cierre y apertura de los circuitos 40-1 a 40-3 de conmutacion, y, a medida que la frecuencia de aparicion de apertura de los circuitos 40-1 a 40-3 de conmutacion asciende, el grado del frenado de la rotacion de la pala 20 de rotacion de aerogenerador asciende.
Basandose en los ciclos de trabajo calculados por la unidad 15 de control de calculo, la unidad 16 de modulacion PWM controla la rotacion de la pala 20 de rotacion de aerogenerador mediante modulacion en anchura de impulsos (PWM) de modo que el generador 2 de energfa eolica emite electricidad que coincide con el valor de salida teorico. Un accionador 29 genera una tension de accionamiento que va a aplicarse a conmutadores de transistor que forman los circuitos 40-1 a 40-3 de conmutacion. En particular, para frenar la rotacion de la pala 20 de rotacion de aerogenerador, los ciclos de trabajo de aparicion de cierre y apertura de los circuitos 40-1 a 40-3 de conmutacion se cambian de modo que el periodo de tiempo durante el que se produce el cortocircuito en los circuitos 40-1 a 40-3 de conmutacion se extiende gradualmente. Extender el periodo de tiempo de la produccion de cortocircuito provoca que una sobrecorriente fluya a traves del devanado 22 de inducido durante un periodo de tiempo mas largo, y por consiguiente se consumira una mayor cantidad de sobrecorriente en el devanado 22 de inducido. Por consiguiente, se consume una mayor cantidad de energfa de rotacion de la pala 20 de rotacion de aerogenerador, provocando de este modo acciones de frenado mas eficaces.
Un circuito 31 de conmutacion controla una tension aplicada al inversor 30. El circuito 31 de conmutacion se enciende o se apaga segun ciclos de trabajo controlados para provocar que la corriente fluya a traves de una resistencia 32, y el circuito 31 de conmutacion conmuta entre la tension que se introduce desde el rectificador 23 y la
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tension aplicada a la resistencia 32 para que la tension se aplique al inversor 30, dando como resultado que una tension predeterminada aplicada al inversor 30 se controle y se mantenga.
La unidad 35 de control obtiene la valor de tension de una tension de la unidad 12 de conversion de tension A/C y el valor de electricidad que es el producto de este valor de tension y el valor de corriente de una corriente de la unidad 11 de conversion de corriente A/C, determinando de este modo los ciclos de trabajo cerrados y abiertos del circuito 31 de conmutacion, y la unidad 35 de control proporciona entonces una senal de control a la unidad 34 de modulacion PWM. Segun la senal de control de la unidad 35 de control, la unidad 34 de modulacion PWM genera y proporciona, a un accionador 33 de derivacion, una senal de control modulada en anchura de impulsos de un ciclo de trabajo predeterminado. Segun la senal de control de la unidad 34 de modulacion PWM, el accionador 33 de derivacion genera y proporciona, a un transistor del circuito 31 de conmutacion, una senal de accionamiento de un ciclo de trabajo predeterminado.
El inversor 30 puede ser uno de proposito general, pero preferiblemente es uno con modo de tension constante. El modo de tension constante es un modo en el que el valor nominal de la tension de entrada del inversor 30 es un valor constante. En este caso, los ciclos de trabajo de los circuitos 40-1 a 40-3 de conmutacion se controlan para aplicar una tension constante predeterminada al inversor 30, y por consiguiente pueden accionarse inversores con varias tensiones nominales.
La figura 2 es un diagrama de flujo que indica el flujo de control de los circuitos 40-1 a 40-3 de conmutacion en la figura 1.
En la etapa S301, se detectan y se obtienen el valor de corriente de salida y el valor de tension de salida de la corriente y tension emitidas por el generador 2 de energfa eolica, y en la etapa S302, se calcula el valor de electricidad de salida (electricidad de salida = corriente * tension) a partir de los valores obtenidos.
Al mismo tiempo, en la etapa S303, se detecta y se obtiene la velocidad de rotacion de la pala 20 de rotacion de aerogenerador.
En la etapa S304, se determina si la velocidad de rotacion obtenida en la etapa S303 es mayor que un valor predeterminado o no. El valor predeterminado puede ser, por ejemplo, una velocidad de rotacion de 1000 rms que corresponde con una velocidad del viento de 10 m/s.
Cuando se determina que la velocidad de rotacion no es mayor que el valor predeterminado, es decir, cuando la velocidad de rotacion detectada esta dentro del intervalo de velocidad de rotacion de un intervalo de velocidad del viento predeterminado (“No” en la etapa S304), entonces, en la etapa S305, se calcula un valor de electricidad teorico a partir de la velocidad de rotacion obtenida en la etapa S303. A modo de ejemplo, como valor de electricidad teorico puede usarse la caractenstica aerodinamica de pala que indica la relacion entre la velocidad de rotacion de la pala 20 de rotacion de aerogenerador y el par generado por el generador 2 de energfa eolica, o puede usarse una formula multidimensional simulada, tal como WP=a*xn+bxxn~1+ ... +c*x+d (WP=valor de salida teorico; x=frecuencia de rotacion; a, b, c y d=coeficientes) o una formula tridimensional simulada, tal como WP=a1*x3+b1*x2+c1xx+d1 (WP=valor de salida teorico; x=frecuencia de rotacion; a-i, b-i, c y d-i=coeficientes).
A continuacion, en la etapa S306, se determina si el valor de electricidad de salida calculado en la etapa S302 es mayor que el valor de electricidad teorico calculado en la etapa S305 o no.
Cuando se determina que el valor de electricidad de salida es mayor que el valor de electricidad teorico (“Sr en la etapa S306), entonces, en la etapa S307, los circuitos 40-1 a 40-3 de conmutacion se controlan basandose en los ciclos de trabajo calculados para reducir la electricidad emitida por el generador 2 de energfa eolica, reduciendo de este modo la carga sobre el generador 2 de energfa eolica. Mientras tanto, cuando se determina que el valor de electricidad de salida no es mayor que el valor de electricidad teorico (“No” en la etapa S306), entonces, en la etapa S308, los circuitos 40-1 a 40-3 de conmutacion se controlan basandose en los ciclos de trabajo calculados para aumentar la electricidad emitida por el generador 2 de energfa eolica, aumentando de este modo la carga sobre el generador 2 de energfa eolica.
Cuando se determina en la etapa S304 que la velocidad de rotacion obtenida es mayor que el valor predeterminado, es decir, cuando la velocidad de rotacion detectada esta por encima del intervalo de velocidad de rotacion del intervalo de velocidad del viento predeterminado (“Sr en la etapa S304), se establece en la etapa S309 una velocidad de rotacion de referencia, por ejemplo, 1000 rpm.
A continuacion, en la etapa S310 se determina si la velocidad de rotacion de referencia establecida en la etapa S309 es mayor que la velocidad de rotacion detectada en la etapa S303 o no.
Cuando se determina que la velocidad de rotacion de referencia es mayor que la velocidad de rotacion detectada (“Sr en la etapa S310), entonces, en la etapa S311, los circuitos 40-1 a 40-3 de conmutacion se controlan basandose en los ciclos de trabajo calculados para reducir la electricidad emitida por el generador 2 de energfa
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eolica, reduciendo de este modo la carga sobre el generador 2 de ene^a eolica. Mientras tanto, cuando se determina que la velocidad de rotacion de referencia no es mayor que la velocidad de rotacion detectada (“No” en la etapa S310), entonces, en la etapa S312, los circuitos 40-1 a 40-3 de conmutacion se controlan basandose en los ciclos de trabajo calculados para aumentar la electricidad emitida por el generador 2 de energfa eolica, aumentando de este modo la carga sobre el generador 2 de energfa eolica.
De este modo, la electricidad de salida puede controlarse y mantenerse a un valor constante, accionando de este modo el inversor en el modo de tension constante. Cualquiera que sea la tension nominal del inversor en el modo de tension constante, la salida de la tension nominal requerida puede obtenerse controlando los ciclos de trabajo de los circuitos 40-1 a 40-3 de conmutacion.
Las figuras 3(a) y 3(b) son cada una un diagrama de flujo que ilustra los flujos de funcionamiento del inversor y del aparato de generacion de energfa eolica antes de la activacion del inversor.
La figura 3(a) indica las operaciones del inversor. Inicialmente, el inversor esta en el estado de reserva como se indica en la etapa S401. A continuacion, el inversor detecta si una tension predeterminada ha continuado o no durante un periodo de tiempo determinado o mas largo. Aqm, como ejemplo, el inversor esta activado si se han aplicado una tension de 250 V o mas durante 300 segundos durante el modo de tension constante. Se usan 300 segundos meramente como ejemplo, y algunos inversores se activan cuando transcurren 30 segundos. En la etapa S402 se determina si 250 V han continuado o no durante 300 segundos, y, si todavfa no han transcurrido 300 segundos, el estado de reserva continua. Cuando la determinacion en la etapa S402 indica el resultado de “Sr, entonces, el inversor se activa en la etapa S403, y se consigue la conexion entre sistemas, es decir, un aparato de generacion de energfa eolica y el inversor, cada uno adaptado a una tension nominal diferente, comienzan a funcionar juntos. En la etapa S404, el inversor detiene la operacion cuando la tension de entrada se reduce, por ejemplo, a 100 V o menos; cuando la determinacion en la etapa S404 indica el resultado de “Sr, el inversor vuelve al estado de reserva, y, cuando la determinacion indica el resultado de “No”, el inversor continua las operaciones conectadas entre sistemas.
La figura 3(b) es un diagrama de flujo que ilustra los flujos de funcionamiento de un aparato de generacion de energfa eolica. En la etapa S410, un aparato de generacion de energfa eolica recibe inicialmente una tension de reserva, y la tension de reserva para el estado de reserva se suministra desde fuera y es de 240 V en este ejemplo. En la etapa S411, cuando el viento no sopla sobre la pala 20 de rotacion de aerogenerador, el estado de reserva continua, y, cuando el viento sopla sobre ella, el procedimiento procede con la etapa S412. En la etapa S412, la unidad 35 de control determina si la electricidad generada es inferior o igual a un valor predeterminado o no (en este ejemplo, el valor predeterminado es 10 W. Se asume que el inversor comienza a funcionar cuando se aplican 10 W o mas de electricidad al inversor). Cuando la determinacion en la etapa S412 indica el resultado de “Sr’, entonces, en la etapa S413, la unidad 35 de control controla los ciclos de trabajo de los circuitos 40-1 a 40-3 de conmutacion para reducir la frecuencia de rotacion de la pala 20 de rotacion de aerogenerador, reduciendo de este modo la electricidad que va a generarse. En este ejemplo, la pala 20 de rotacion de aerogenerador se controla para que tenga una frecuencia de 300 rpm. Una electricidad de salida de 10 W indica que la velocidad del viento es casi de 3 m/s.
En la etapa S414, se determina si la electricidad de salida es inferior o igual a 10 W o no, y si la tension de salida es o no de 280 V o mas. Cuando la determinacion en la etapa S414 da como resultado un “No”, el procedimiento vuelve a la etapa S411 sin que se realice ninguna operacion, y, cuando el resultado es “Sr, entonces, en la etapa S415, los ciclos de trabajo de cierre/apertura del circuito 31 de conmutacion se controlan mediante el accionador 33 de derivacion para controlar y mantener la tension de salida a 280 V. La tension de salida se reduce de este modo porque la tension de salida se potencia mediante la conmutacion de los circuitos 40-1 a 40-3 de conmutacion y se vuelve demasiado alta mientras el inversor, una carga, no esta en funcionamiento, provocando el riesgo de que se destruya el circuito. Dado que una tension de salida de 280 V o mas se reduce a 280 V, la carga aumenta, dando como resultado que la frecuencia de rotacion de la pala 20 de rotacion de aerogenerador se reduzca a aproximadamente 250 rpm, en cuyo momento el encendido y apagado del circuito 31 de conmutacion se repite. Sin que se cambie esta condicion, el procedimiento vuelve a la etapa S411.
Cuando se determina en la etapa S412 que la electricidad de salida es mayor que el valor predeterminado (10 W), el inversor comienza a funcionar, y por consiguiente se realiza el control normal en la etapa S416. En este ejemplo, la potencia nominal del inversor en el modo de tension constante provoca que la pala 20 de rotacion de aerogenerador rote a una frecuencia de rotacion fija, una velocidad de 1280 o 600 rpm (dependiendo de la norma del inversor). Mientras tanto, se controlan los ciclos de trabajo de la conmutacion de los circuitos 40-1 a 40-3 de conmutacion para controlar la electricidad generada y la frecuencia de rotacion. El procedimiento entonces vuelve a la etapa S411, y la operacion continua hasta que se apague el inversor debido al debilitamiento del viento.
La figura 4 es un diagrama secuencial que ilustra las operaciones de un aparato de generacion de energfa eolica segun la presente realizacion
El diagrama secuencial A indica la secuencia desde el encendido inicial del suministro de energfa de un aparato de
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generacion de ene^a eolica o desde la activacion de un aparato de generacion de ene^a eolica en estado detenido.
En el momento (1), se enciende el suministro de ene^a de reserva, poniendo el aparato de generacion de energfa eolica en el estado de reserva. Al mismo tiempo, el inversor tambien se pone en el estado de reserva. Dado que la tension de reserva es de 240 V, la electricidad de salida tambien es de 240 V.
Asumamos que el viento sopla en el momento (2), provocando que la pala 20 de rotacion de aerogenerador comience a rotar. En este caso, la unidad 35 de control determina si la electricidad de salida es inferior o igual a 10 W, y controla y mantiene la frecuencia de rotacion de la pala 20 de rotacion de aerogenerador at 300 rpm. En el control, los ciclos de trabajo de la produccion de cortocircuito en los circuitos 40-1 a 40-3 de conmutacion se cambian para controlar la frecuencia de rotacion de la pala 20 de rotacion de aerogenerador. La velocidad de rotacion (es decir, la frecuencia de rotacion por minuto) de la pala 20 de rotacion de aerogenerador puede detectarse por un circuito 28 de deteccion de frecuencia de rotacion, y por consiguiente, cuando la frecuencia de rotacion es mayor que 300, el periodo de tiempo de la produccion de cortocircuito en los circuitos 40-1 a 40-3 de conmutacion se alarga, y, cuando la frecuencia de rotacion es menor que 300, el periodo de tiempo de la produccion de cortocircuito en los circuitos 40-1 a 40-3 de conmutacion se acorta. La cantidad de cambio en el periodo de tiempo puede decidirse por adelantado. En este caso, la velocidad de rotacion de la pala 20 de rotacion de aerogenerador no es siempre exactamente 300 rpm, pero, mientras se aproxime a 300 rpm, no hay problema. Ademas, se detecta si la tension es o no de 280 V o mas. Cuando la electricidad de salida es de 10 W o menos y la tension es de 280 V o mas, el circuito 31 de conmutacion se enciende o se apaga mediante el accionador 33 de derivacion segun los ciclos de trabajo controlados para reducir hasta 280 V la tension de entrada en el inversor.
Si la introduccion de una tension de 250 V o mas al inversor continua durante 300 segundos (esto cambia dependiendo del tipo de inversor, y puede ser, por ejemplo, 30 segundos) en el momento (3), mientras la frecuencia de rotacion de la pala 20 de rotacion de aerogenerador se controla y se mantiene a 300 rpm, se activa el inversor y el accionador 33 de derivacion apaga el circuito 31 de conmutacion. Entonces, el control normal comienza, de modo que la frecuencia de rotacion de la pala 20 de rotacion de aerogenerador se mantendra a 1280 rpm o 600 rpm a la electricidad nominal.
El diagrama secuencial “B” indica la secuencia desde la aparicion de un corte brusco de energfa en el funcionamiento normal hasta la recuperacion.
Cuando se produce un corte brusco de energfa y el suministro de energfa de reserva se apaga en el momento (4), se activa el accionador de derivacion simultaneamente con el corte brusco de energfa, controla y mantiene la rotacion de la pala 20 de rotacion de aerogenerador a 300 rpm, y reduce la electricidad de entrada en el inversor.
Tras finalizar el corte brusco de energfa en el momento (5), el inversor se pone en el estado de reserva y despues se enciende en el momento (6) en el que la introduccion de una tension de 250 V o mas al inversor ha continuado durante 300 segundos.
En (6) y despues, se realiza un control normal, de tal modo que se genera la electricidad nominal y se mantiene la frecuencia de rotacion de 1280 rpm o 600 rpm.
La secuencia “C” indica una situacion en la que un aparato de generacion de energfa eolica se detuvo antes de un corte brusco de energfa y el viento sopla sobre el mismo para generar electricidad despues del corte brusco de energfa.
Incluso cuando se produce un corte brusco de energfa en el momento (4), la tension de salida sera de 0 V, dado que se habfa finalizada el funcionamiento antes del corte brusco de energfa.
Cuando el corte brusco de energfa finaliza en el momento (5), la frecuencia de rotacion de la pala 20 de rotacion de aerogenerador se establece en 300 rpm y se activa el accionador de derivacion para controlar y mantener la tension de salida a 280 V. El inversor se enciende en el momento (6) en el que la introduccion de una tension de 250 V o mas al inversor ha continuado durante 300 segundos.
En el momento (6) y despues, la electricidad nominal se genera en el control normal, y la frecuencia de rotacion se mantiene a 1280 rpm o 600 rpm.
Explicacion de los codigos
1 Aparato de control de generacion de energfa eolica
2 Generador de energfa eolica
11 Unidad de conversion de corriente A/C
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Unidad de conversion de tension A/C Unidad de calculo de velocidad de rotacion Unidad de computacion de ene^a/rpm Unidad de control de calculo 34 Unidad de modulacion PWM
Pala de rotacion de aerogenerador
Iman permanente
Devanado
Rectificador
Celula de almacenamiento Carga
Circuito de deteccion de corriente
Circuito de deteccion de tension
Circuito de deteccion de velocidad de rotacion
Accionador
Inversor
y 40-1 a 40-3 Circuito de conmutacion Resistencia
Accionador de derivacion Unidad de control

Claims (5)

  1. 1.
    10
    15
    20
    25
  2. 2.
    30
  3. 3.
    35
  4. 4. 40
  5. 5.
    45
    REIVINDICACIONES
    Aparato de generacion de ene^a eolica que comprende:
    un generador (2) que comprende un iman (21) y un devanado (22) de inducido y que tiene una pala (20) de rotacion de aerogenerador; y
    una unidad (40-1, 40-2, 40-3) de conmutacion para controlar la velocidad de rotacion de la pala (20) de rotacion de aerogenerador mediante la produccion de cortocircuito en el devanado (22) de inducido en ciclos de trabajo controlados; y
    una unidad (35) de control que, en uso, cuando un inversor (30) esta conectado como carga, controla y mantiene la velocidad de rotacion de la pala (20) de rotacion de aerogenerador a un valor predeterminado mediante la produccion de cortocircuito por parte de la unidad (40-1, 40-2, 40-3) de conmutacion en el devanado (22) de inducido en ciclos de trabajo controlados;
    caracterizado por
    una unidad (31, 32, 33) de derivacion para controlar una tension de salida del generador conectando intermitentemente una resistencia (32) a una salida del generador (2); y
    dicha unidad (35) de control, antes de que se encienda el inversor (30), conecta intermitentemente la resistencia a la salida del generador para evitar que se aplique una tension que es demasiado alta al inversor (30) y despues de que se encienda el inversor (30), usa la unidad (4 0-1, 4 0-2, 4 0-3) de conmutacion para controlar la velocidad de rotacion de la pala (20) de rotacion de aerogenerador para mantener una tension constante aplicada al inversor (30).
    Aparato de generacion de energfa eolica segun la reivindicacion 1, en el que, en uso, la unidad (40-1, 40-2, 40-3) de conmutacion controla la velocidad de rotacion de la pala (20) de rotacion de aerogenerador y potencia la tension de salida mediante la produccion de cortocircuito en el devanado (22) de inducido en el ciclo de trabajo controlado.
    Aparato de generacion de energfa eolica segun la reivindicacion 1, en el que, en uso, despues de que se apague el inversor (30), la unidad (35) de control controla y mantiene la velocidad de rotacion de la pala (20) de rotacion de aerogenerador al valor predeterminado mediante la produccion de cortocircuito por parte de la unidad (40-1, 40-2, 40-3) de conmutacion en el devanado (22) de inducido en los ciclos de trabajo controlados.
    Aparato de generacion de energfa eolica segun la reivindicacion 1, en el que, en uso, el inversor (30) funciona en un modo de tension nominal.
    Aparato de generacion de energfa eolica segun la reivindicacion 1, en el que, en uso, para frenar la pala (20) de rotacion de aerogenerador, la unidad (35) de control controla los ciclos de trabajo para extender, gradualmente, un periodo de tiempo durante el que se produce el cortocircuito en la unidad (40-1, 40-2, 403) de conmutacion.
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