ES2657500T3 - Intelligent active power management system for renewable variable energy generation - Google Patents

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ES2657500T3 ES11175563.3T ES11175563T ES2657500T3 ES 2657500 T3 ES2657500 T3 ES 2657500T3 ES 11175563 T ES11175563 T ES 11175563T ES 2657500 T3 ES2657500 T3 ES 2657500T3
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Abstract

Un procedimiento de control para un parque eólico (300) de frecuencia variable, comprendiendo el parque eólico una pluralidad de generadores (310, 312, 314) de turbinas eólicas de operación de frecuencia variable, presentando al menos algunos unas capacidades de amplificación de salida, que comprende: determinar si la salida del parque eólico es inferior a una cantidad (112) deseable; consultar a cada uno de los generadores de las turbinas eólicas para determinar sus capacidades (116) de amplificación de salida individuales; ordenar a al menos uno de los generadores de las turbinas eólicas a amplificar su salida para compensar al menos una porción de la diferencia entre la salida del parque eólico actual y la salida (118) deseada; suministrar información (210) del pronóstico del tiempo para al menos algunos entre la pluralidad de generadores (310, 312, 314) de las turbinas eólicas, en el que un circuito (320, 322, 324) de control de los generadores de las turbinas eólicas está configurado para pronosticar las capacidades (230) de amplificación en base a la información del pronóstico del tiempo; y suministrar las capacidades de amplificación pronosticadas en respuesta a la consulta (116).A control procedure for a wind farm (300) of variable frequency, the wind farm comprising a plurality of generators (310, 312, 314) of wind turbines of variable frequency operation, presenting at least some output amplification capabilities, which comprises: determining if the output of the wind farm is less than a desirable amount (112); consult each of the wind turbine generators to determine their individual output amplification capacities (116); order at least one of the wind turbine generators to amplify their output to compensate for at least a portion of the difference between the current wind farm's output and the desired output (118); provide weather forecast information (210) for at least some among the plurality of generators (310, 312, 314) of the wind turbines, in which a control circuit (320, 322, 324) of the turbine generators Wind power is configured to forecast amplification capabilities (230) based on weather forecast information; and provide the predicted amplification capabilities in response to the query (116).

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DESCRIPCIONDESCRIPTION

Sistema de gestión de potencia activa inteligente para la generación de energía variable renovableIntelligent active power management system for renewable variable energy generation

La presente invención se refiere, en general, al campo de los generadores de turbinas eólicas y, más concretamente, a unos procedimientos y sistemas para hacer posible los incrementos temporales, inteligentes, de la salida de potencia de los generadores de turbinas eólicas para estabilizar la energía en situaciones transitorias.The present invention relates, in general, to the field of wind turbine generators and, more specifically, to methods and systems for making possible temporary, intelligent increases in the power output of wind turbine generators to stabilize the energy in transitory situations.

Los generadores de turbinas eólicas son considerados como fuentes alternativas ecológicas y relativamente no costosas que utilizan la energía eólica para producir energía eléctrica. El generador de turbina eólica incluye, en términos generales, un rotor eólico que incorpora unas palas de la turbina que transforman la energía eólica en movimiento rotacional de un árbol de accionamiento el cual, a su vez, es utilizado para accionar un rotor de un generador eléctrico para producir energía eléctrica. Los modernos sistemas de generación de energía eólica típicamente adoptan la forma de un parque eólico que incorpora múltiples generadores de dichas turbinas eólicas que pueden ser operados para alimentar potencia a un sistema de transmisión que proporciona energía a un sistema de servicios auxiliares.Wind turbine generators are considered as ecological and relatively inexpensive alternative sources that use wind energy to produce electricity. The wind turbine generator includes, in general terms, a wind rotor that incorporates turbine blades that transform wind energy into rotational motion of a drive shaft which, in turn, is used to drive a rotor of a generator electrical to produce electrical energy. Modern wind power generation systems typically take the form of a wind farm that incorporates multiple generators of said wind turbines that can be operated to power a transmission system that provides power to an auxiliary service system.

Estos generadores de turbinas eólicas y de parques eólicos están típicamente diseñados para suministrar potencia al sistema de servicios auxiliares siendo la potencia independiente de la frecuencia del sistema. Algunos generadores de turbinas eólicas presentan una operación de frecuencia variable y requieren un inversor electrónico de potencia de frecuencia variable para su interconexión con la salida de los generadores de las turbinas eólicas con la red eléctrica. En un enfoque habitual, la salida de los generadores de turbinas eólicas es directamente alimentada a un convertidor eléctrico de energía, en el que la frecuencia de las turbinas es ratificada e invertida en una frecuencia fija según se necesite por el sistema de servicio eléctrico. Un enfoque alternativo utiliza un generador asíncrono de alimentación doble (DFAG) con un inversor electrónico de potencia de frecuencia variable que excita el rotor DFAG y estando los devanados del estator acoplados directamente al sistema eléctrico.These wind turbine and wind farm generators are typically designed to supply power to the auxiliary services system, the power being independent of the system frequency. Some wind turbine generators have a variable frequency operation and require an electronic inverter of variable frequency power for interconnection with the output of the wind turbine generators with the power grid. In a usual approach, the output of wind turbine generators is directly fed to an electric power converter, in which the frequency of the turbines is ratified and inverted at a fixed frequency as needed by the electrical service system. An alternative approach uses a double-feed asynchronous generator (DFAG) with a variable frequency power electronic inverter that drives the DFAG rotor and the stator windings coupled directly to the electrical system.

En sistemas de energía tradicionales, la frecuencia de los generadores síncronos del sistema de potencia coinciden con el sistema eléctrico, y la respuesta dinámica de la frecuencia del sistema eléctrico depende de la inercia de los generadores síncronos y de las cargas. Los generadores síncronos utilizados en un sistema de energía tradicional son capaces de contribuir al control de la frecuencia y la tensión del sistema energético en situaciones transitorias, esto es, fallo repentino de generación, fallo de la línea o conexión de una carga elevada. En dichas condiciones transitorias, la frecuencia del sistema comienza a cambiar a un ritmo principalmente determinado por el momento angular total del sistema, el cual es una suma del momento angular de todos los generadores y de las cargas rotatorias conectadas al sistema energético. En dichas situaciones transitorias, los generadores síncronos, pueden también proporcionar unos servicios de control adicionales que modulan la potencia activa para estabilizar el sistema energético y restaurar la frecuencia a su valor nominal.In traditional energy systems, the frequency of the synchronous generators of the power system coincide with the electrical system, and the dynamic response of the frequency of the electrical system depends on the inertia of the synchronous generators and the loads. Synchronous generators used in a traditional energy system are capable of contributing to the control of the frequency and voltage of the energy system in transient situations, that is, sudden generation failure, line failure or connection of a high load. Under these transient conditions, the frequency of the system begins to change at a rate primarily determined by the total angular momentum of the system, which is a sum of the angular momentum of all generators and the rotary loads connected to the energy system. In such transient situations, synchronous generators can also provide additional control services that modulate the active power to stabilize the energy system and restore the frequency to its nominal value.

Las turbinas eólicas, cuando se utilizan para generar potencia en un sistema energético, sin embargo, no contribuyen, en general, a la estabilización de la frecuencia del sistema eléctrico. Dado que se interconecta más potencia generada por las turbinas eólicas por medio del sistema eléctrico, sería conveniente que las turbinas eólicas también contribuyeran al control de la tensión y la frecuencia del sistema eléctrico en situaciones transitorias para estabilizar el sistema eléctrico. Por tanto, existe una creciente necesidad de superar las limitaciones anteriormente mencionadas de los sistemas de turbinas eólicas y proporcionar unas técnicas de control de manera que las turbinas eólicas puedan participar de manera más inteligente en la regulación de potencia y en la estabilización de las oscilaciones de potencia del sistema eléctrico.Wind turbines, when used to generate power in an energy system, however, do not contribute, in general, to the stabilization of the frequency of the electrical system. Since more power generated by wind turbines is interconnected by means of the electrical system, it would be desirable that wind turbines also contribute to the control of the voltage and frequency of the electrical system in transient situations to stabilize the electrical system. Therefore, there is a growing need to overcome the aforementioned limitations of wind turbine systems and provide control techniques so that wind turbines can participate more intelligently in power regulation and stabilization of the oscillations of power of the electrical system.

El documento US 2006273595 divulga una técnica para operar un parque eólico a una salida de potencia nominal incrementada. La técnica incluye la detección de una pluralidad de parámetros operativos del generador de turbinas eólicas, la verificación de la pluralidad de los parámetros operativos con respecto a los niveles de diseño respectivos para los parámetros operativos, e intermitentemente incrementar una salida de potencia nominal del generador de las turbinas eólicas en base a la verificación. El documento EP 2085611 divulga un procedimiento para proporcionar una amplificación de potencia de salida temporal en relación con las turbinas eólicas. Diversos aspectos y ventajas de la invención se expondrán en parte en la descripción subsecuente o pueden resultar evidentes a partir de la descripción, o pueden darse a conocer mediante la práctica de la invención.US 2006273595 discloses a technique for operating a wind farm at an increased nominal power output. The technique includes the detection of a plurality of operating parameters of the wind turbine generator, the verification of the plurality of the operating parameters with respect to the respective design levels for the operating parameters, and intermittently increasing a nominal power output of the generator. wind turbines based on verification. EP 2085611 discloses a method for providing a temporary output power amplification in relation to wind turbines. Various aspects and advantages of the invention will be set forth in part in the subsequent description or may be apparent from the description, or may be disclosed by the practice of the invention.

De acuerdo con aspectos de una forma de realización ejemplar, se proporciona un procedimiento de control para una planta eólica de frecuencia variable, incluyendo la planta eólica una pluralidad de generadores seleccionados de turbinas eólicas de frecuencia variable que incorporan unas capacidades de amplificación de salida. El procedimiento incluye la determinación acerca de si la salida de la planta de energía eólica es inferior a una cantidad deseable, la consulta a cada uno de los generadores de turbinas eólicas para determinar sus capacidades de amplificación de salida individuales, y la ordenación de al menos uno de los generadores de las turbinas eólicas para amplificar su salida para compensar al menos una porción de la diferencia entre la salida de la planta de energía eólica y la salida deseada. En formas de realización concretas, el procedimiento proporciona la ordenación de unos generadores seleccionados entre los generadores de las turbinas eólicas para amplificar su salida hasta un nivel deseado dentro de sus capacidades individualmente comunicadas.In accordance with aspects of an exemplary embodiment, a control procedure is provided for a variable frequency wind plant, the wind plant including a plurality of generators selected from variable frequency wind turbines incorporating output amplification capabilities. The procedure includes determining whether the output of the wind power plant is less than a desirable amount, consulting each of the wind turbine generators to determine their individual output amplification capabilities, and the management of at least one of the generators of the wind turbines to amplify their output to compensate for at least a portion of the difference between the output of the wind power plant and the desired output. In specific embodiments, the process provides the sorting of selected generators among the generators of the wind turbines to amplify their output to a desired level within their individually communicated capacities.

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En algunas formas de realización el procedimiento puede también incluir la disposición de la información del pronóstico del tiempo desde un emplazamiento central (la cual puede incluir la información del pronóstico del viento) a unos generadores seleccionados entre la pluralidad de generadores de turbinas eólicas, la configuración de los circuitos de los generadores de turbinas eólicas para predecir las capacidades de amplificación en base a la información del pronóstico del tiempo y la disposición de las capacidades de amplificación previstas en respuesta a la consulta.In some embodiments, the procedure may also include the provision of weather forecast information from a central location (which may include wind forecast information) to selected generators among the plurality of wind turbine generators, the configuration of the circuits of the wind turbine generators to predict the amplification capabilities based on the weather forecast information and the provision of the expected amplification capabilities in response to the query.

En formas de realización seleccionadas, la información del pronóstico del viento cubre un primer periodo de tiempo predeterminado y las capacidades de amplificación previstas cubren un segundo periodo de tiempo predeterminado que incluye al menos una porción del primer periodo predeterminado. En formas de realización concretas, la información del pronóstico del tiempo es generada localmente en la zona de los generadores de turbinas eólicas individuales.In selected embodiments, the wind forecast information covers a first predetermined period of time and the expected amplification capabilities cover a second predetermined period of time that includes at least a portion of the first predetermined period. In specific embodiments, the weather forecast information is generated locally in the area of the individual wind turbine generators.

Otra forma de realización ejemplar de la presente divulgación se refiere a la planta de energía eólica que incluye una pluralidad de generadores de turbinas eólicas. Los generadores seleccionados presentan unas capacidades de amplificación de salida y cada salida de los generadores proporciona una porción de la salida de la planta eólica. Un control de las turbinas está asociado con cada generador respectivo de las turbinas eólicas y puede estar configurado para analizar sus respectivas capacidades de amplificación de la salida del generador. Un dispositivo de medición está configurado para controlar la potencia de salida total producida por la pluralidad de generadores de turbinas eólicas. Una planta eólica está configurada para consultar a cada uno entre la pluralidad de controles de la turbina para determinar sus respectivas capacidades de amplificación de salida del generador de las turbinas y para ordenar a unos generadores seleccionados de las turbinas eólicas para introducir un modo de amplificación de salida, por medio de lo cual, el control de la planta eólica puede ordenar de manera inteligente a los seleccionados entre los generadores de las turbinas eólicas individuales para amplificar su potencia de salida hasta un nivel deseado dentro de sus capacidades de amplificación respectivas comunicadas tras la determinación de que la potencia de salida total controlada por el dispositivo de medición es inferior a un nivel deseado.Another exemplary embodiment of the present disclosure relates to the wind power plant that includes a plurality of wind turbine generators. The selected generators have output amplification capabilities and each output of the generators provides a portion of the output of the wind plant. A control of the turbines is associated with each respective generator of the wind turbines and can be configured to analyze their respective amplification capabilities of the generator output. A measuring device is configured to control the total output power produced by the plurality of wind turbine generators. A wind plant is configured to consult each one among the plurality of turbine controls to determine their respective output amplification capabilities of the turbine generator and to order selected generators of the wind turbines to introduce a mode of amplification of Output, by means of which, the control of the wind plant can intelligently order those selected among the generators of the individual wind turbines to amplify their output power to a desired level within their respective amplification capacities reported after Determination that the total output power controlled by the measuring device is below a desired level.

En determinadas formas de realización, la planta de energía eólica incluye además una fuente central de información del pronóstico del tiempo, en la que la fuente de la información del pronóstico del tiempo suministra la información del pronóstico del tiempo a unos controles seleccionados de la turbina, y en la que los controles seleccionados entre los controles de las turbinas está configurados para analizar la información del pronóstico del tiempo y las capacidades de amplificación de salida presentes y futuras previstas para su respectivo generador de turbina eólica.In certain embodiments, the wind power plant also includes a central source of weather forecast information, in which the weather forecast information source provides weather forecast information to selected turbine controls, and in which the controls selected among the turbine controls are configured to analyze the current and future forecast and current output amplification capabilities planned for their respective wind turbine generator.

Una forma de realización ejemplar adicional de la presente divulgación se refiere a un procedimiento de control para una planta de energía eólica, incluyendo la planta de energía eólica una pluralidad de generadores de turbinas eólicas en las que los generadores seleccionados presentan unas capacidades de alimentación de salida y cada uno contribuye a la salida total de la planta eólica. El procedimiento incluye un control de la salida total de la planta eólica para determinar si la salida total es inferior a un nivel deseado, el análisis de las capacidades de amplificación de cada uno entre la pluralidad de generadores de turbinas eólicas, y la ordenación de los seleccionados entre la pluralidad de generadores de turbinas eólicas para amplificar su salida dependiendo de sus capacidades de amplificación individuales. En formas de realización seleccionadas, el procedimiento dispone de la información del pronóstico del tiempo con respecto a la localización de la planta de energía eólica y analiza las capacidades de amplificación de cada uno entre la pluralidad de generadores de turbinas eólicas en base, al menos en parte, a la información del pronóstico del tiempo.A further exemplary embodiment of the present disclosure relates to a control procedure for a wind power plant, the wind power plant including a plurality of wind turbine generators in which the selected generators have output power capacities. and each one contributes to the total output of the wind plant. The procedure includes a control of the total output of the wind plant to determine if the total output is below a desired level, the analysis of the amplification capacities of each one among the plurality of wind turbine generators, and the ordering of the selected from the plurality of wind turbine generators to amplify their output depending on their individual amplification capabilities. In selected embodiments, the procedure has the weather forecast information regarding the location of the wind power plant and analyzes the amplification capabilities of each one among the plurality of wind turbine generators on the basis, at least in part, to the weather forecast information.

Pueden llevarse a cabo variantes y modificaciones a estas formas de realización ejemplares de la presente divulgación.Variants and modifications to these exemplary embodiments of the present disclosure may be carried out.

Diversas características, aspectos y ventajas de la presente invención se comprenderán más claramente con referencia a la descripción subsecuente y a las reivindicaciones adjuntas. Los dibujos que se acompañan, que se incorporan en y constituyen una parte de la presente memoria descriptiva ilustran formas de realización de la invención y, junto con la descripción, sirven para explicar os principios de la invención. En los dibujos:Various features, aspects and advantages of the present invention will be more clearly understood with reference to the subsequent description and the appended claims. The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of the present specification illustrate embodiments of the invention and, together with the description, serve to explain the principles of the invention. In the drawings:

La Figura 1 ilustra un diagrama de flujo que esboza la metodología de la gestión de la potencia activaFigure 1 illustrates a flowchart that outlines the methodology of active power management

inteligente de acuerdo con la presente tecnología;smart according to the present technology;

la Figura 2 ilustra un diagrama de flujo que ilustra las capacidades previstas de la materia objeto presente; yFigure 2 illustrates a flow chart illustrating the expected capabilities of the subject matter present; Y

la Figura 3 ilustra un diagrama de bloques esquemático de una planta eólica que incorpora la presenteFigure 3 illustrates a schematic block diagram of a wind plant incorporating the present

tecnología.technology.

El uso reiterado de los caracteres de referencia a lo largo de la presente memoria descriptiva y de los dibujos adjuntos está destinado a representar las mismas o análogas características o elementos de la invención.The repeated use of the reference characters throughout the present specification and the accompanying drawings is intended to represent the same or analogous features or elements of the invention.

A continuación se hará referencia, con detalle, a formas de realización de la invención, uno o más ejemplos de las cuales se ilustran en los dibujos. Cada ejemplo se ofrece a modo de explicación de la invención y no de limitación de la misma. De hecho, debe resultar evidente para los expertos en la materia que pueden efectuarse diversasReference will now be made, in detail, to embodiments of the invention, one or more examples of which are illustrated in the drawings. Each example is offered by way of explanation of the invention and not limitation thereof. In fact, it should be evident to those skilled in the art that various

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modificaciones y variantes en la presente invención sin apartarse del alcance o el espíritu de la invención. Por ejemplo, las características ilustradas o descritas como parte de una forma de realización, pueden ser utilizadas con otra forma de realización para obtener una forma de realización adicional. Así, se pretende que la presente invención abarque dichas modificaciones y variantes incluyéndolas en el alcance de las reivindicaciones adjuntas y sus equivalentes.modifications and variants in the present invention without departing from the scope or spirit of the invention. For example, the features illustrated or described as part of one embodiment may be used with another embodiment to obtain a further embodiment. Thus, it is intended that the present invention encompass such modifications and variants by including them within the scope of the appended claims and their equivalents.

En general, la presente divulgación se refiere a unos procedimientos y a un aparato para extender las funciones actualmente disponibles en los sistemas de control de las plantas eólicas comerciales. Un enfoque de la tecnología actual se sitúa en la capacidad de una planta eólica para amplificar la potencia cuando la potencia de la planta deseada es superior a la salida de potencia normal de la planta como típicamente se define por una curva de la potencia de turbina eólica. Un aspecto para conseguir dicha capacidad de amplificación, sin embargo, es contar con unos generadores de turbina eólica (WTG) que sean capaces de amplificar temporalmente su potencia cuando se ordene por parte del sistema de control de la planta eólica. Un sistema ejemplar que describe las técnicas para incrementar temporalmente la salida de potencia a partir de los generadores de turbinas eólicas se describe en la Publicación de Solicitud de Patente estadounidense US 2007/0120369 A1 de Delmerico et al., transferida a General Electric Company.In general, the present disclosure refers to procedures and an apparatus for extending the functions currently available in the control systems of commercial wind plants. A focus of current technology is on the capacity of a wind power plant to amplify the power when the power of the desired plant is greater than the normal power output of the plant as typically defined by a wind turbine power curve . One aspect to achieve this amplification capacity, however, is to have wind turbine generators (WTG) that are capable of temporarily amplifying their power when ordered by the wind plant control system. An exemplary system describing the techniques for temporarily increasing power output from wind turbine generators is described in US Patent Application Publication US 2007/0120369 A1 of Delmerico et al., Transferred to General Electric Company.

Los expertos en la materia apreciarán que el recorte o la limitación de la salida total de la planta eólica es una capacidad ya disponible en sistemas de control eólicos conocidos. La presente tecnología, por otro lado, permite que la planta eólica incremente su salida normal, al menos temporalmente, en base a la capacidad de amplificación de la turbina.Those skilled in the art will appreciate that cutting or limiting the total output of the wind plant is a capacity already available in known wind control systems. The present technology, on the other hand, allows the wind plant to increase its normal output, at least temporarily, based on the amplification capacity of the turbine.

Con referencia ahora a los dibujos, la Figura 1 ilustra un diagrama de flujo que esboza la metodología de gestión de la potencia activa inteligente de acuerdo con una forma de realización 100 de la metodología ejemplar. Después de la inicialización en la etapa 110 y tras la recepción de una orden, el sistema de control de la planta eólica verifica (en la etapa 112) si la salida de potencia de la planta eólica actual es inferior al valor deseado o no. Si la salida de potencia de la planta eólica es inferior al valor deseado, el sistema de control de la planta eólica ordena (etapa 114) a los generadores seleccionados entre los generadores de las turbinas eólicas (WTG) bajo su control a pasar a un modo de amplificación. En determinados supuestos, el sistema de control de la turbina individual requerirá la modificación para aceptar la orden de amplificación.Referring now to the drawings, Figure 1 illustrates a flow chart that outlines the intelligent active power management methodology according to an embodiment 100 of the exemplary methodology. After initialization in step 110 and after receiving an order, the wind plant control system verifies (in step 112) whether the power output of the current wind plant is less than the desired value or not. If the power output of the wind plant is lower than the desired value, the wind plant control system orders (step 114) the generators selected from the wind turbine generators (WTG) under its control to go into a mode amplification In certain cases, the individual turbine control system will require modification to accept the amplification order.

La salida de potencia de la planta eólica deseada se basa en una serie de factores que pueden incluir una demanda externa que se puede basar en las condiciones de la red tales como una señal de frecuencia baja, una exigencia para satisfacer la potencia garantizada de un fabricante de un equipamiento original (OEM) que puede basarse en una curva de potencia de la planta eólica, y una potencia disponible prevista que resulta escasa.The power output of the desired wind plant is based on a series of factors that may include an external demand that can be based on the network conditions such as a low frequency signal, a requirement to satisfy the guaranteed power of a manufacturer of an original equipment (OEM) that can be based on a wind power plant curve, and an expected available power that is scarce.

En cada uno de estos casos, el sistema de control de la planta eólica recibe continuamente de cada WTG (o señales de cada WTG para indicar) una condición de un modo de "amplificación" especial de manera que el WTG responda (etapa 116) con el régimen de potencia que puede suministrar en este modo de amplificación especial. Algunos generadores de las turbinas eólicas dentro de la planta eólica pueden no contar con una capacidad de amplificación. En general, cada turbina está configurada para responder a esta orden, determinando su potencia disponible en el modo de "amplificación" así como en el modo "normal" en base a sus condiciones operativas, incluyendo, sin limitación, la velocidad del viento, la disponibilidad de la turbina, etc., y contestar al sistema de control de la planta eólica. El control de la turbina puede también proporcionar la duración durante la cual se dispone el modo de "amplificación". Después de recibir las capacidades del modo de amplificación individual a partir de cada WTG, el sistema de control de la planta eólica puede entonces decidir de manera inteligente la forma de conseguir, al menos hasta el mayor grado posible, la salida de la planta deseada y ajustar el WTG individual (etapa 118), si es necesario. En base a las capacidades comunicadas, el sistema de control de la planta eólica puede ordenar a unas turbinas individuales que amplifiquen sus salidas individuales hasta cualquier punto regulado deseado entre un nivel normal, esto es, sin amplificación, hasta su capacidad comunicada máxima y cualquier punto fijado deseado entre estos. De acuerdo con la presente tecnología, una única, un número pequeño, o todas las turbinas que incorporan la capacidad de amplificación pueden ser ordenadas para amplificar sus salidas individuales para fijar individualmente, posiblemente de manera diferente, los puntos regulados para intentar conseguir la salida de la planta eólica deseada.In each of these cases, the wind plant control system continuously receives from each WTG (or signals from each WTG to indicate) a condition of a special "amplification" mode so that the WTG responds (step 116) with the power regime that you can supply in this special amplification mode. Some wind turbine generators within the wind plant may not have an amplification capacity. In general, each turbine is configured to respond to this order, determining its available power in the "amplification" mode as well as in the "normal" mode based on its operating conditions, including, without limitation, wind speed, turbine availability, etc., and answer the wind plant control system. The turbine control can also provide the duration during which the "amplification" mode is set. After receiving the capabilities of the individual amplification mode from each WTG, the wind plant control system can then intelligently decide how to achieve, at least to the greatest extent possible, the output of the desired plant and adjust the individual WTG (step 118), if necessary. Based on the reported capacities, the wind plant control system can order individual turbines to amplify their individual outputs to any desired regulated point between a normal level, that is, without amplification, to their maximum communicated capacity and any point. set desired between these. According to the present technology, a single, a small number, or all the turbines that incorporate the amplification capacity can be ordered to amplify their individual outputs to individually set, possibly differently, the regulated points to try to achieve the output of The desired wind plant.

Con referencia ahora a la Figura 2, en ella se ilustra un diagrama de flujo 200 que ilustra las capacidades previstas para la materia objeto actual, en la que la información 210 prevista puede resultar disponible en la turbina 220 de control. El control 220 de la turbina está configurado para proporcionar un pronóstico 230 de la amplificación de potencia que espera que pueda proporcionar respecto de al menos una porción del periodo de tiempo cubierto por la información 210 del pronóstico del tiempo. A su vez, el sistema de control de la planta eólica reciba (etapa 116 de la Figura 1) la información de la amplificación prevista que incluye la duración esperada de la información de la amplificación junto con la información de la amplificación actualmente disponible para permitir que el sistema y la metodología especifiquen de manera inteligente la potencia adicional requerida por cada WTG y para ordenarlas individualmente (etapa 118 de la figura 1) a nuevos reglajes. La información 210 del pronóstico del tiempo puede incluir una pluralidad de parámetros diferentes que pueden tener influencia en las capacidades de salida de la potencia de la turbina eólica incluyendo, pero no limitadas a, la velocidad del viento, la dirección del viento, la temperatura del aire y la presión barométrica.Referring now to Figure 2, a flow chart 200 illustrating the expected capabilities for the current subject matter is illustrated, in which the intended information 210 may be available in the control turbine 220. The turbine control 220 is configured to provide a forecast 230 of the power amplification that it expects it can provide with respect to at least a portion of the time period covered by the weather forecast information 210. In turn, the wind plant control system receives (step 116 of Figure 1) the expected amplification information that includes the expected duration of the amplification information along with the amplification information currently available to allow The system and methodology intelligently specify the additional power required by each WTG and to order them individually (step 118 of Figure 1) to new settings. The weather forecast information 210 may include a plurality of different parameters that may influence the power output capabilities of the wind turbine including, but not limited to, wind speed, wind direction, wind temperature Air and barometric pressure.

55

1010

15fifteen

20twenty

2525

3030

3535

4040

45Four. Five

50fifty

5555

Con referencia ahora a la Figura 3, en ella se ilustra un diagrama de bloques esquemático de una planta eólica 300 que incorpora la presente tecnología. Como se ilustra, la planta eólica 300 incluye una pluralidad de generadores 310, 312, 314 de turbina eólica cada uno de los cuales incluye unos dispositivos 320, 322, 324 de control de la turbina. La salida de cada uno de los generadores 310, 312, 314 de turbina eólicas está acoplado a una red eléctrica 380 por medio de unos cables o líneas 330, 332, 334 apropiados y un transformador 348. Un dispositivo 326 de medición controla la potencia de salida suministrada por la planta eólica 300 a la red eléctrica 380 y comunica sus hallazgos al control 328 de la planta eólica.Referring now to Figure 3, a schematic block diagram of a wind plant 300 incorporating the present technology is illustrated. As illustrated, wind plant 300 includes a plurality of wind turbine generators 310, 312, 314 each of which includes turbine control devices 320, 322, 324. The output of each of the wind turbine generators 310, 312, 314 is coupled to an electrical network 380 by means of appropriate cables or lines 330, 332, 334 and a transformer 348. A measuring device 326 controls the power of output supplied by wind power plant 300 to power grid 380 and communicates its findings to control 328 of the wind power plant.

La información 340 del pronóstico del tiempo es suministrada desde un emplazamiento central a través de unos medios 350, 352, 354 de comunicación a los dispositivos 320, 322, 324 de control de las turbinas que están configurados para analizar la información del pronóstico del tiempo suministrada y determinar las capacidades de amplificación presentes y futuras de su respectivo generador 310, 312, 314 de turbina eólica. Se debe apreciar que los medios 350, 352, 354 de comunicación pueden corresponder a cualquiera entre los medios de comunicación de líneas, fibras ópticas o inalámbricos.The weather forecast information 340 is supplied from a central location through communication means 350, 352, 354 to the turbine control devices 320, 322, 324 that are configured to analyze the weather forecast information provided. and determine the present and future amplification capabilities of their respective wind turbine generator 310, 312, 314. It should be appreciated that the means 350, 352, 354 of communication may correspond to anyone between the means of communication of lines, optical fibers or wireless.

En operación, el control 328 de la planta eólica consulta a los dispositivos 320, 322, 324 de control de las turbinas respecto de los resultados de su análisis y emplea las respuestas en su propio análisis en cuanto a las metodologías de ajuste de las respectivas capacidades de amplificación comunicadas de cada uno de los generadores 310, 312, 314 de las turbinas eólicas. Los ajustes operativos de la pluralidad de los generadores 310, 312, 314 de las turbinas eólicas puede ser dirigida a través de los medios 360, 362, 364 de comunicación los cuales, de manera similar a los medios 350, 352, 354 de comunicación, pueden corresponder a cualquier medio de comunicación entre líneas, fibras ópticas o medios inalámbricos.In operation, the 328 control of the wind plant consults the turbine control devices 320, 322, 324 regarding the results of its analysis and uses the answers in its own analysis regarding the adjustment methodologies of the respective capacities of amplification reported from each of the generators 310, 312, 314 of the wind turbines. The operational settings of the plurality of the generators 310, 312, 314 of the wind turbines can be directed through the communication means 360, 362, 364 which, similar to the communication means 350, 352, 354, they can correspond to any means of communication between lines, optical fibers or wireless media.

En formas de realización alternativas, la información 340 del pronóstico del tiempo puede ser comunicada directamente al control 328 de la planta eólica a través del medio de comunicación 370 y redistribuida a los dispositivos 320, 322, 324 de control de las turbinas a través de los medios 360, 362, 364 de comunicación. En otras formas de realización adicionales, la información 342, 344, 346 del pronóstico del tiempo puede ser generada localmente en la zona de los generadores 310, 312, 314 de las turbinas eólicas individuales, respectivamente, y directamente suministrada a sus respectivos dispositivos 320, 322, 324 de control de las turbinas para su análisis.In alternative embodiments, the weather forecast information 340 may be communicated directly to the control 328 of the wind plant through the communication medium 370 and redistributed to the turbine control devices 320, 322, 324 through the means 360, 362, 364 of communication. In other additional embodiments, the weather forecast information 342, 344, 346 can be generated locally in the area of generators 310, 312, 314 of the individual wind turbines, respectively, and directly supplied to their respective devices 320, 322, 324 turbine control for analysis.

Los expertos en la materia apreciarán que hay un límite a la amplificación total que se puede suministrar. Por tanto, hay un límite al recorte de la potencia total que puede efectuarse mediante esta característica. Así mismo, debe tenerse en cuenta que hay transacciones a tener en cuenta en la potencia del WTG de amplificación de manera que el WTG no debe considerarse el modo de potencia de amplificación en todo momento para maximizar la captación de energía a partir de la planta eólica.Those skilled in the art will appreciate that there is a limit to the total amplification that can be supplied. Therefore, there is a limit to the cut of the total power that can be made by this feature. Likewise, it should be taken into account that there are transactions to be taken into account in the power of the amplification WTG so that the WTG should not be considered the amplification power mode at all times to maximize the energy capture from the wind plant .

Se debe apreciar que determinados controles de los generadores de las turbinas eólicas individuales pueden responder a una característica que proporcione una amplificación temporal a corto plazo, como se describe en la Publicación de Solicitud de Patente estadounidense US 2009/0194995 A1 de Delmerico et al., que también está transferida a la General Electric Company. Se debe apreciar, sin embargo, que la presente materia objeto de la invención es una adición a dicha característica y que la "amplificación" de aspectos de la presente invención es de una duración considerablemente mayor, esto es, en términos de minutos vs. segundos para satisfacer las características de rendimiento deseadas del presente sistema y metodología.It should be appreciated that certain controls of the individual wind turbine generators may respond to a feature that provides a short-term temporary amplification, as described in US Patent Application Publication US 2009/0194995 A1 of Delmerico et al., which is also transferred to the General Electric Company. It should be appreciated, however, that the present subject matter of the invention is an addition to said feature and that the "amplification" of aspects of the present invention is of a considerably longer duration, that is, in terms of minutes vs. seconds to satisfy the desired performance characteristics of this system and methodology.

Los expertos en la materia apreciarán también que las características de rendimiento deseadas pueden depender de una serie de aspectos diferentes que incluyan no solo exigencias técnicas sino también exigencias comerciales. Los algoritmos de control específicos propiamente dichos pueden ser modificados dependiendo de las decisiones relativas a dichos aspectos. Por ejemplo, las especificaciones acerca de las mediciones reales sobre la diferencia entre la salida de potencia real y deseada podrían decidirse en base a la diferencia en cada instante o promediada respecto de un periodo determinado de tiempo o en base a otros parámetros.Those skilled in the art will also appreciate that the desired performance characteristics may depend on a number of different aspects that include not only technical requirements but also commercial requirements. The specific control algorithms themselves can be modified depending on the decisions related to these aspects. For example, the specifications about the actual measurements on the difference between the actual and desired power output could be decided based on the difference at each instant or averaged over a given period of time or based on other parameters.

A diferencia de una planta de generación convencional, la planta eólica normalmente operativa no cuenta con la capacidad de incrementar su potencia cuando la frecuencia de la red baja y la red requiera una potencia adicional para restaurar la frecuencia de la red hasta su valor nominal. Aunque este inconveniente ha sido afrontado anteriormente disponiendo una característica que pueda mantener una cierta potencia eólica en "reserva", el impacto económico de dejar que el viento discurra durante ese periodo es significativo para convertir en esta opción como no muy deseable desde el punto de vista comercial.Unlike a conventional generation plant, the normally operational wind plant does not have the capacity to increase its power when the frequency of the network drops and the network requires additional power to restore the frequency of the network to its nominal value. Although this problem has been previously addressed by providing a characteristic that can maintain a certain wind power in "reserve", the economic impact of letting the wind run during that period is significant to make this option as not very desirable from the point of view commercial.

La característica de reserva anteriormente mencionada, proporciona una amplificación a muy corto plazo, de cuya capacidad puede aprovecharse la materia objeto actual, pero de cuyas limitaciones actuales puede superar con mucho la presente tecnología.The aforementioned reserve characteristic, provides a very short-term amplification, whose capacity can be used the current subject matter, but whose current limitations can greatly overcome the present technology.

Hay consumidores que desean una curva de potencia de nivel garantizada a partir de los fabricantes de equipamientos originales. Dicha curva de potencia representa la salida de potencia de la planta total en base a las mediciones de la velocidad del tiempo definidas. La expectativa es que la planta producirá energía de acuerdo con dicha curva de potencia. Si el sistema de control de la planta detecta que la salida de la planta total está por debajo de este objetivo, por ejemplo porque algunos WTGs se desconectó de la línea, la presente tecnología proporcionaThere are consumers who want a guaranteed level power curve from the original equipment manufacturers. Said power curve represents the power output of the total plant based on the defined time velocity measurements. The expectation is that the plant will produce energy according to said power curve. If the plant control system detects that the total plant output is below this target, for example because some WTGs were disconnected from the line, the present technology provides

unas metodologías en las que se puede intentar compensar la diferencia mediante la amplificación de otras turbinas.some methodologies in which you can try to compensate for the difference by amplifying other turbines.

Existe una creciente necesidad de que la planta eólica proporciona un pronóstico de la potencia disponible en el horizonte de un tiempo a corto plazo, por ejemplo, promediado respecto de la siguiente media hora u hora. En ese 5 caso, el presente sistema puede cumplimentar esa necesidad disponiendo un pronóstico de la potencia disponible con y sin amplificación e intentar compensar la diferencia en caso necesario.There is a growing need for the wind plant to provide a forecast of the available power on the horizon of a short-term time, for example, averaged over the next half hour or hour. In that case, the present system can fill that need by providing a forecast of the available power with and without amplification and try to compensate for the difference if necessary.

La descripción descrita utiliza ejemplos para divulgar la invención, incluyendo el modo preferente, también para permitir que cualquier experto en la materia lleve a la práctica la invención, incluyendo poner en práctica y utilizando cualquiera de los dispositivos y sistemas y ejecutar cualquiera de los procedimientos incorporados. El alcance 10 patentable de la invención se define en las reivindicaciones, y puede incluir otros ejemplos que conciban los expertos en la materia. Dichos ejemplos adicionales están destinados a quedar incluidos en el alcance de las reivindicaciones si incluyen elementos estructurales que no difieran del lenguaje literal de las reivindicaciones, o si incluyen elementos estructurales equivalentes con diferencias no sustanciales respecto de los términos literales de las reivindicaciones.The described description uses examples to disclose the invention, including the preferred mode, also to allow any person skilled in the art to practice the invention, including practicing and using any of the devices and systems and executing any of the incorporated procedures. . The patentable scope of the invention is defined in the claims, and may include other examples conceived by those skilled in the art. Said additional examples are intended to be included within the scope of the claims if they include structural elements that do not differ from the literal language of the claims, or if they include equivalent structural elements with non-substantial differences with respect to the literal terms of the claims.

15fifteen

Claims (9)

  1. 55
    1010
    15fifteen
    20twenty
    2525
    3030
    3535
    4040
    45Four. Five
    REIVINDICACIONES
    1. - Un procedimiento de control para un parque eólico (300) de frecuencia variable, comprendiendo el parque eólico una pluralidad de generadores (310, 312, 314) de turbinas eólicas de operación de frecuencia variable, presentando al menos algunos unas capacidades de amplificación de salida, que comprende:1. - A control procedure for a wind farm (300) of variable frequency, the wind farm comprising a plurality of generators (310, 312, 314) of wind turbines of variable frequency operation, presenting at least some amplification capabilities output, comprising:
    determinar si la salida del parque eólico es inferior a una cantidad (112) deseable;determine if the output of the wind farm is less than a desirable amount (112);
    consultar a cada uno de los generadores de las turbinas eólicas para determinar sus capacidades (116) de amplificación de salida individuales;consult each of the wind turbine generators to determine their individual output amplification capacities (116);
    ordenar a al menos uno de los generadores de las turbinas eólicas a amplificar su salida para compensar al menos una porción de la diferencia entre la salida del parque eólico actual y la salida (118) deseada;order at least one of the wind turbine generators to amplify their output to compensate for at least a portion of the difference between the current wind farm's output and the desired output (118);
    suministrar información (210) del pronóstico del tiempo para al menos algunos entre la pluralidad de generadores (310, 312, 314) de las turbinas eólicas, en el que un circuito (320, 322, 324) de control de los generadores de las turbinas eólicas está configurado para pronosticar las capacidades (230) de amplificación en base a la información del pronóstico del tiempo; y suministrar las capacidades de amplificación pronosticadas en respuesta a la consulta (116).provide weather forecast information (210) for at least some among the plurality of generators (310, 312, 314) of the wind turbines, in which a control circuit (320, 322, 324) of the turbine generators Wind power is configured to forecast amplification capabilities (230) based on weather forecast information; and provide the predicted amplification capabilities in response to the query (116).
  2. 2. - El procedimiento de la reivindicación 1, en el que ordenar a los generadores (310, 312, 314) de las turbinas eólicas, comprende:2. - The method of claim 1, wherein ordering the generators (310, 312, 314) of the wind turbines, comprises:
    ordenar a unos generadores seleccionados entre la pluralidad de generadores de las turbinas eólicas amplificar su salida hasta un nivel deseado dentro de sus capacidades (116) individualmente comunicadas.order selected generators from the plurality of wind turbine generators to amplify their output to a desired level within their individually communicated capacities (116).
  3. 3. - El procedimiento de cualquier reivindicación precedente, en el que suministrar la información (210) del pronóstico del tiempo comprende suministrar la información del pronóstico del viento.3. - The method of any preceding claim, wherein providing the weather forecast information (210) comprises providing the wind forecast information.
  4. 4. - El procedimiento de la reivindicación 3, en el que la información (210) del pronóstico del viento cubre un primer periodo de tiempo predeterminado y las capacidades de amplificación pronosticadas cubren un segundo periodo de tiempo predeterminado que incluye al menos una porción del primer periodo de tiempo predeterminado.4. - The method of claim 3, wherein the wind forecast information (210) covers a first predetermined period of time and the predicted amplification capabilities cover a second predetermined period of time that includes at least a portion of the first predetermined period of time.
  5. 5. - El procedimiento de cualquier reivindicación precedente, en el que la información (210) del pronóstico del tiempo es generada localmente (342, 344, 346) en la zona de los generadores de las turbinas eólicas individuales.5. - The method of any preceding claim, wherein the weather forecast information (210) is generated locally (342, 344, 346) in the area of the individual wind turbine generators.
  6. 6. - Un parque eólico (300) que comprende:6. - A wind farm (300) comprising:
    una pluralidad de generadores (310, 312, 314) de turbinas eólicas que operan con frecuencia variable, presentando al menos algunos de los generadores unas capacidades de amplificación de salida, presentando cada generador una salida que suministra una porción de la salida del parque eólico:a plurality of generators (310, 312, 314) of wind turbines that operate with variable frequency, at least some of the generators having output amplification capabilities, each generator presenting an output that supplies a portion of the wind farm's output:
    una pluralidad de controles (320, 322, 324) de las turbinas, estando cada control de turbina asociado con un respectivo generador de turbina eólica y estando unos controles de las turbinas seleccionados configurados para analizar sus respectivas capacidades de amplificación de salida de los generadores;a plurality of controls (320, 322, 324) of the turbines, each turbine control being associated with a respective wind turbine generator and selected turbine controls being configured to analyze their respective output amplification capabilities of the generators;
    un dispositivo (326) de medición configurado para controlar la potencia de salida total producida por la pluralidad de generadores de turbinas eólicas;a measuring device (326) configured to control the total output power produced by the plurality of wind turbine generators;
    un control (328) de planta eólica configurado para consultar a cada uno de la pluralidad de controles de las turbinas a determinar su respectiva capacidad de amplificación de salida del generador de la turbina eólica y para ordenar al menos a uno de los generadores de turbina eólica introducir un modo de amplificación de salida, por medio de lo cual, el control (328) de plantas eólicas está configurado para ordenar a unos generadores seleccionados entre la pluralidad los generadores de las turbinas eólicas amplificar su potencia de salida hasta los niveles deseados dentro de sus respectivas capacidades de amplificación comunicadas tras la determinación de que la potencia de salida total controlada por el dispositivo de medición es inferior a un nivel deseado;a wind plant control (328) configured to consult each of the plurality of turbine controls to determine their respective output amplification capacity of the wind turbine generator and to order at least one of the wind turbine generators introducing an output amplification mode, whereby, the control (328) of wind plants is configured to order selected generators among the plurality of the wind turbine generators to amplify their output power to the desired levels within their respective amplification capabilities reported after the determination that the total output power controlled by the measuring device is below a desired level;
    una fuente de la información (340) del pronóstico del tiempo,a source of the weather forecast information (340),
    en el que la fuente de información pronosticada del tiempo suministra la información (210) del pronóstico del tiempo a al menos algunos de dichos controles de las turbinas, y en el que dichos al menos algunos de dichos controles de las turbinas están configurados para analizar la información del pronóstico del tiempo y pronosticar las capacidades de amplificación de salida presentes y futuras para su respectivo generador de turbina eólica.wherein the predicted source of time information supplies the weather forecast information (210) to at least some of said turbine controls, and in which said at least some of said turbine controls are configured to analyze the weather forecast information and forecast present and future output amplification capabilities for their respective wind turbine generator.
  7. 7. - El parque eólico de la reivindicación 6, en el que la fuente de la información del pronóstico del tiempo es una fuente (340) central y suministra la información del pronóstico del viento a al menos algunos de dichos controles de las turbinas.7. - The wind farm of claim 6, wherein the source of the weather forecast information is a central source (340) and supplies the wind forecast information to at least some of said turbine controls.
  8. 8. - El parque eólico de la reivindicación 6 o 7, en el que la información (210) del pronóstico del viento cubre un 5 primer periodo de tiempo predeterminado y las capacidades de amplificación de la salida futura pronostica cubren un8. - The wind farm of claim 6 or 7, wherein the wind forecast information (210) covers a first predetermined period of time and the amplification capabilities of the future forecast output cover a
    segundo periodo de tiempo predeterminado que incluye al menos una porción del primer periodo de tiempo predeterminado.second predetermined period of time that includes at least a portion of the first predetermined period of time.
  9. 9. - El parque eólico de cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, en el que la información (342, 344, 346) del pronóstico del tiempo es generada localmente en la zona de los generadores seleccionados entre la pluralidad de9. - The wind farm of any of claims 6 to 8, wherein the weather forecast information (342, 344, 346) is generated locally in the area of the generators selected from the plurality of
    10 generadores de turbinas eólicas.10 wind turbine generators.
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