ES2665808T3 - Procedimiento para la operación de una instalación de energía eólica - Google Patents

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Abstract

Procedimiento para la operación de una instalación de energía eólica con un generador eléctrico, que se puede accionar mediante un rotor, para el suministro de potencia eléctrica a una red eléctrica y, especialmente, a los consumidores conectados a ésta, en el que la red presenta una tensión de red que varía, caracterizado porque para la reducción de las variaciones de tensión de red no deseadas, en un punto predeterminado en la red se modifica el ángulo de fase φ de la potencia eléctrica proporcionada por la instalación de energía eólica en dependencia de al menos una tensión registrada en la red y porque el ángulo de fase φ está definido por el ángulo entre la corriente y la tensión de la potencia alimentada a la red.

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento para la operación de una instalación de energía eólica
5 La presente invención se refiere a un procedimiento para la operación de una instalación de energía eólica con un generador eléctrico, que se puede accionar mediante un rotor, para el suministro de potencia eléctrica a una red eléctrica y, especialmente, a los consumidores conectados a ésta, véase p. ej. el documento WO93/11604.
La presente invención se refiere, asimismo, a una instalación de energía eólica, especialmente, para la realización de un procedimiento de este tipo, con un rotor y con un generador eléctrico, acoplado al rotor, para el suministro de 10 potencia eléctrica a una red eléctrica, así como de un parque eólico con al menos dos instalaciones de energía eólica. En las instalaciones de energía eólica conocidas para la generación de energía eléctrica a partir de la energía del viento, el generador se acciona en servicio en paralelo con un consumidor eléctrico, frecuentemente una red eléctrica. Durante el funcionamiento de la instalación de energía eólica, la potencia eléctrica activa producida por el generador puede variar en dependencia de la velocidad actual de viento. Esto provoca que también la tensión de la 15 red, por ejemplo, en un punto de alimentación, pueda cambiar en dependencia de la velocidad actual del viento.
En el caso de la alimentación de la potencia eléctrica generada a una red eléctrica, por ejemplo, a una red pública de corriente, se pueden producir por esa razón variaciones de la tensión de la red. Estas variaciones sólo son permisibles, sin embargo, dentro de límites muy estrechos en interés de un funcionamiento seguro de los 20 consumidores conectados.
Desviaciones mayores del valor nominal de la tensión en la red de distribución, especialmente, el plano de tensión media, se pueden compensar, por ejemplo, a través del accionamiento de dispositivos de conmutación como los transformadores con tomas, accionando estos cuando se sobrepasan o no se alcanzan valores límite 25 predeterminados. De esta forma se mantiene básicamente constante la tensión de la red dentro de límites de tolerancia predeterminados.
El objetivo de la presente invención es dar a conocer un procedimiento para el accionamiento de una instalación de energía eólica, así como una instalación de energía eólica o un parque eólico, que incluso en caso de variaciones en 30 el suministro de potencia activa estén en condiciones de reducir o al menos no aumentar significativamente las variaciones no deseadas de la tensión en un punto predeterminado en la red, en comparación con la situación sin la instalación o instalaciones de energía eólica.
La invención alcanza el objetivo en un procedimiento del tipo mencionado al inicio porque el ángulo de fase 9 de la 35 potencia eléctrica proporcionada por la instalación / las instalaciones de energía eólica se modifica en dependencia de al menos una tensión registrada en la red.
En una instalación de energía eólica del tipo mencionado al inicio, el objetivo se alcanza mediante un dispositivo que está en condiciones para la realización del procedimiento según la invención 40
En un parque eólico del tipo mencionado al inicio, el objetivo se alcanza mediante al menos cada vez un dispositivo que está en condiciones para la realización del procedimiento según la invención y mediante cada vez un dispositivo de registro de tensión, para cada parte regulable por separado del parque eólico.
45 La invención evita variaciones no deseadas de la tensión conectada en el consumidor, especialmente de la tensión eléctrica existente en la red, al modificarse el ángulo de fase de la potencia suministrada en dependencia de la tensión del consumidor o de la red. Así se compensan variaciones de tensión no deseadas que resultan de las modificaciones de la potencia activa suministrada por la instalación o las instalaciones de energía eólica y/o de la potencia tomada de la red por los consumidores.
50
De forma especialmente preferida se modifica el ángulo de fase de modo que la tensión permanece básicamente constante al menos en un punto predeterminado de la red. En este sentido hay que registrar la tensión al menos en un punto de la red para obtener la magnitud de regulación requerida.
55 Especialmente, este punto puede ser distinto al punto de alimentación. Se puede crear una regulación efectiva y de reacción rápida través de este registro de la tensión y de una modificación adecuada del ángulo de fase de la potencia eléctrica suministrada por la instalación o las instalaciones de energía eólica.
En una forma de realización especialmente preferida, los valores, que se deben ajustar para el ángulo de fase, se 60 derivan de valores característicos predeterminados. Estos valores característicos se pueden facilitar,
preferiblemente, como una tabla en la que esté reflejada una familia de características, determinada previamente, en forma de valores discretos que permite una derivación del ángulo de fase que se debe ajustar.
En una variante preferida de la invención, la regulación puede causar directa o indirectamente que, cuando las 5 variaciones de tensión hayan sobrepasado los valores límite predeterminados, se vuelva a llevar la tensión al intervalo de tolerancia mediante el accionamiento de un dispositivo de conmutación en la red, por ejemplo, un transformador con tomas. Al mismo tiempo o de manera adicional, el ángulo de fase se ajusta para un intervalo de tiempo predeterminado a un valor constante, preferiblemente a un valor medio, por ejemplo, cero, con el fin de poder compensar las variaciones de tensión que aparecen a continuación, de nuevo a través de una modificación 10 adecuada del ángulo de fase.
En una variante especialmente preferida de la invención también se pueden realizar por separado en zonas parciales de la red, desconectadas eléctricamente, registros de tensión y ajustes del ángulo de fase correspondientes para regular cada zona parcial de modo que la tensión permanezca básicamente constante en 15 cada una de las zonas parciales.
La instalación de energía eólica según la invención se perfecciona de manera ventajosa mediante un dispositivo de regulación que presenta un microprocesador, pues así se puede realizar una regulación digital.
20 El parque eólico, mencionado al inicio, se perfecciona preferiblemente en tanto que existe un dispositivo en condiciones de realizar el procedimiento según la invención y un dispositivo de registro de tensión para cada parte, regulable por separado, del parque eólico de manera que las zonas parciales, desconectadas eléctricamente, de la red se pueden regular por separado de modo que la tensión permanece básicamente constante en cada zona parcial de la red.
25
La invención se ilustra a continuación mediante un ejemplo de realización de un procedimiento para el accionamiento de una instalación de energía eólica, haciéndose referencia a los dibujos. Muestra:
Fig. 1 una instalación de energía eólica que alimenta una red, en representación simplificada,
30
Fig. 2 un dispositivo de regulación, según la invención, para el accionamiento de una instalación de energía eólica,
Fig. 3 una representación que ilustra la relación entre la tensión de la red y el ángulo de fase,
35 Fig. 4 componentes básicos del dispositivo de regulación mostrado en la figura 2 y
Fig. 5 una representación simplificada de una regulación común o por separado, según la situación de la red, para varias instalaciones de energía eólica.
40 Una instalación de energía eólica 2 con un rotor 4, representada esquemáticamente en la figura 1, está conectada a una red eléctrica 6 que puede ser, por ejemplo, una red pública. Varios consumidores eléctricos 8 están conectados a la red. El generador eléctrico, no representado en la figura 1, de la instalación de energía eólica 2 está acoplado a un dispositivo eléctrico de control y regulación 10 que primero rectifica la corriente alterna producida en el generador y a continuación la transforma en una corriente alterna con una frecuencia que se corresponde con la frecuencia de 45 la red. El dispositivo de control y regulación 10 presenta un dispositivo de regulación según la invención.
En un punto 22 cualquiera en la red 6 puede estar previsto un dispositivo de registro de tensión que devuelve una magnitud de regulación correspondiente al dispositivo de regulación 10.
50 La figura 2 muestra el dispositivo de regulación según la invención. El rotor 4, representado esquemáticamente, está acoplado a un generador 12 que produce una potencia eléctrica que puede depender de la velocidad del viento. La corriente alterna, producida en el generador 12, primero se puede rectificar y a continuación se puede transformar en una corriente alterna que presenta una frecuencia que se corresponde con la frecuencia de la red.
55 Mediante un captador de tensión (no representado) se mide la tensión de la red en un punto 22 de la red 6. En dependencia de la tensión de red detectada, dado el caso a través de un microprocesador representado en la figura 4, se calcula un ángulo de fase óptimo 9. Mediante el dispositivo de regulación se ajusta la tensión de red U al valor Unom deseado. A través de la modificación del ángulo de fase se regula la potencia eléctrica suministrada por el generador 12 a la red 6.
La representación, mostrada en la figura 3, explica la relación entre la tensión en la red y el ángulo de fase. Cuando la tensión se aparta de su valor nominal Unom situado entre el valor de tensión Umín y Umáx, se modifica el ángulo de fase 9 en correspondencia con la característica en el diagrama, de modo que se alimenta potencia reactiva inductiva o capacitiva, en dependencia del signo de la desviación, para estabilizar así la tensión en el punto de registro de 5 tensión (22 en la figura 1).
La figura 4 muestra componentes básicos del dispositivo de control y regulación 10 de la figura 1. El dispositivo de control y regulación 10 presenta un rectificador 16, con el que se rectifica la corriente alterna producida en el generador. Un convertidor de frecuencia 18, conectado al rectificador 16, transforma la corriente continua, rectificada 10 primero, en una corriente alterna que se alimenta como corriente alterna trifásica a la red 6 a través de las líneas L1, L2 y L3.
El convertidor de frecuencia 18 se controla a través de un microprocesador 20 que es parte del conjunto del dispositivo de regulación. Con este fin el microprocesador 20 está acoplado al convertidor de frecuencia 18. Como 15 magnitudes de entrada del microprocesador 20 está prevista la tensión de red actual U, la potencia eléctrica P del generador, el valor nominal de la tensión de red Unom, así como el gradiente de potencia dP/dt. En el microprocesador 20 se realiza la modificación, según la invención, de la potencia que se debe alimentar.
En la figura 5 están representadas dos instalaciones de energía eólica 2 como ejemplo de un parque eólico. Un 20 dispositivo de regulación 10 está asignado a cada una de estas instalaciones de energía eólica 2 que naturalmente pueden estar simbólicamente también en cada caso para una pluralidad de instalaciones de energía eólica. El dispositivo de regulación 10 registra la tensión en puntos 22, 27 predeterminados de la red 6, 7 y la transmite a través de líneas 25, 26 hasta el dispositivo de regulación 10 asignado en cada caso.
25 Las zonas parciales 6, 7 de la red se pueden conectar o desconectar entre sí mediante un dispositivo de conmutación 23. Paralelamente a este dispositivo de conmutación 23 está previsto un dispositivo de conmutación 24 que permite conectar o desconectar entre sí ambos dispositivos de regulación 10 en correspondencia con el estado de conmutación del dispositivo de conmutación 23.
30 Así cuando ambas zonas parciales 6, 7 de la red están unidas entre sí, también se unen entre sí ambos dispositivos de regulación 10, de modo que toda la red se considera una unidad y todo el parque eólico la alimenta como una unidad, regulándose unificadamente el parque eólico de nuevo en dependencia de la tensión en el punto de registro 22, 27.
35 Cuando el dispositivo de conmutación 23 desconecta ambas zonas parciales 6, 7, también se desconectan entre sí los dispositivos de regulación 10, de modo que una parte del parque eólico es vigilada desde un punto de registro 22 a través de una línea 25 por la regulación 10 y la parte asignada del parque eólico se puede regular de forma correspondiente, mientras que la otra zona parcial de la red 7 es vigilada desde un punto 27 de registro a través de una línea 26 por la regulación 10 que regula correspondientemente la otra parte del parque eólico para estabilizar la 40 tensión en la zona parcial de la red 7.
Naturalmente, esta división no tiene que estar limitada a dos zonas parciales. Esta división puede llegar hasta una asignación de una instalación individual a una zona parcial de la red.
45 En el caso de que la regulación descrita antes presente, especialmente durante el registro de datos de medición, una tolerancia distinta que la del dispositivo de conmutación ya existente en la red (transformadores con tomas), puede ocurrir en ciertas condiciones que ambos dispositivos, por una parte la regulación descrita antes y por otra parte el dispositivo de conmutación, se influyan mutuamente de modo que se produce un tipo de efecto “ping-pong”, conmutando, por ejemplo, el transformador con tomas y cambiando así la tensión en la red de manera que se activa 50 la regulación descrita según la invención. Mediante esta regulación activada se modifica, a su vez, la tensión en la red de modo que el transformador con tomas se conecta y así continúa.
Con el fin de contrarrestar este efecto “ping-pong” no deseado, en otra forma de realización de la invención puede estar previsto usar el resultado de medición del dispositivo de conmutación (por ejemplo, del transformador con 55 tomas) como señal de entrada para el dispositivo de regulación según la invención. Sin embargo, en ciertas condiciones esto encierra la desventaja de una disminución de la exactitud del resultado de la medición, pero elimina el riesgo de que los componentes se influyan mutuamente de forma continua y por consiguiente también actúa en el sentido del objetivo propuesto.
60 El ángulo de fase, descrito en la presente solicitud, es el ángulo entre la corriente y la tensión de la potencia eléctrica
suministrada del generador de la instalación de energía eólica. Si el ángulo de fase es 0°, se alimenta sólo potencia activa. Si el ángulo de fase es t 0°, además de la potencia activa también se alimenta un porcentaje de potencia reactiva, no teniendo que ir acompañada necesariamente una modificación del ángulo de fase por un aumento o una disminución de la potencia aparente, sino que la potencia aparente también puede permanecer constante en 5 general, pero cambiando después los porcentajes, en cuanto al valor, entre la potencia reactiva y la potencia activa en correspondencia con el ajuste del ángulo de fase.
Como se ha descrito, un objetivo de la invención es reducir las variaciones no deseadas de la tensión en un punto predeterminado de la red o al menos que no aumenten significativamente al conectarse una instalación de energía 10 eólica. Con este fin está previsto según la invención que el ángulo de fase de la potencia eléctrica, que debe suministrar la instalación de energía eólica (o el parque eólico), se pueda variar de forma adecuada para compensar variaciones de la tensión.
Un dispositivo que ya existe por regla general en las instalaciones de energía eólica y en la red, concretamente un 15 llamado transformador con tomas (no representado), persigue básicamente el mismo objetivo. Debido a la capacidad del transformador con tomas de modificar la relación de transmisión mediante procesos de conmutación, se puede influir también en la tensión en la red o al menos en el lado secundario del transformador. Esto es posible sólo en escalones que se correspondan con los escalones de conmutación del transformador con tomas.
20 Con este fin un transformador con tomas de este tipo dispone por regla general de la posibilidad de registrar la tensión de la red. Cuando esta tensión sobrepasa o no alcanza valores límite predeterminados, se inicia un proceso de conmutación del transformador con tomas, regresando así la tensión de red a un intervalo de tolerancia predeterminado.
25 También la instalación de energía eólica según la invención, o sus onduladores, vigila la tensión en la red y trata mediante medidas adecuadas de mantener esa tensión dentro de un intervalo de tolerancia predeterminado. Dado que seguramente estos intervalos de tolerancia no son exactamente congruentes, puede surgir una situación en la que la instalación de energía eólica y el transformador con tomas trabajen uno contra otro, al realizar el transformador con tomas el escalonamiento de forma alternante hacia arriba y hacia abajo y al tratar la instalación 30 de energía eólica de forma alternante, a la inversa, de reducir y elevar la tensión. Se puede comprender fácilmente que de ello resulta un empeoramiento no aceptable de la estabilidad de la tensión en la red.
Con el fin de evitar el efecto descrito antes, la invención enseña por ello, por una parte, que la tensión, que se transmite como magnitud de medida a la instalación de energía eólica, se registre en un punto diferente al punto de 35 alimentación y/o, por otra parte, que la regulación pueda provocar de forma directa o indirecta el accionamiento de un dispositivo de conmutación en la red. Este otro punto también puede ser, naturalmente, el transformador con tomas, de modo que el ondulador se controla con los mismos valores de tensión que el transformador con tomas. Con ello se puede evitar, por una parte, el trabajo en sentido contrario del transformador con tomas y del control del ondulador debido a desviaciones de la tolerancia. Por otra parte, la instalación de energía puede iniciar 40 (accionamiento indirecto) de forma dirigida, mediante una alimentación correspondiente de potencia reactiva, un proceso de conmutación en el transformador con tomas o realizar (directamente) un proceso de conmutación de este tipo a través de una línea de control.
El operador de la red podría desear que la instalación de energía eólica genere potencia reactiva que se debe 45 transmitir en el otro lado del transformador con tomas. Dado que la alimentación de energía reactiva provoca siempre una modificación de la tensión en la red, se iniciaría de esta forma un accionamiento indirecto del transformador con tomas y precisamente esto no es conveniente en esta situación, siendo por tanto contraproducente.
50 La solución según la invención consiste ahora en suprimir precisamente este proceso de conmutación del transformador con tomas, concretamente el escalonamiento ascendente y descendente. Con esta supresión del escalonamiento se considera la “no conexión” del interruptor para poder transmitir así la potencia reactiva deseada al otro lado del transformador con tomas.

Claims (9)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Procedimiento para la operación de una instalación de energía eólica con un generador eléctrico, que se puede accionar mediante un rotor, para el suministro de potencia eléctrica a una red eléctrica y, especialmente, a
    5 los consumidores conectados a ésta,
    en el que la red presenta una tensión de red que varía,
    caracterizado porque para la reducción de las variaciones de tensión de red no deseadas, en un punto predeterminado en la red se modifica el ángulo de fase ^ de la potencia eléctrica proporcionada por la instalación de energía eólica en dependencia de al menos una tensión registrada en la red y porque el ángulo de fase ^ está 10 definido por el ángulo entre la corriente y la tensión de la potencia alimentada a la red.
  2. 2. Procedimiento según la reivindicación 1,
    caracterizado porque el ángulo de fase 9 se modifica de manera que la tensión permanece básicamente sin cambios en al menos un punto predeterminado de la red.
    15
  3. 3. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores,
    caracterizado porque la tensión se registra en al menos un punto (22, 27) predeterminado en la red.
  4. 4. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores,
    20 caracterizado porque la tensión se registra en otro punto (22, 27) distinto al punto de alimentación.
  5. 5. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores,
    caracterizado porque los valores, que se deben ajustar para el ángulo de fase 9, se derivan de valores característicos predeterminados.
    25
  6. 6. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores,
    caracterizado porque la regulación puede provocar de forma directa o indirecta el accionamiento de un dispositivo de conmutación en la red.
    30 7. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores,
    caracterizado porque para zonas parciales de la red (6, 7) se realizan por separado registros de la tensión y regulaciones correspondientes mediante el ángulo de fase 9.
  7. 8. Instalación de energía eólica,
    35 caracterizada por un dispositivo (10) para la realización del procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores.
  8. 9. Parque eólico con al menos dos instalaciones de energía eólica,
    caracterizado por un dispositivo (10) para la realización del procedimiento según una de las reivindicaciones 40 anteriores y por cada vez un dispositivo de registro de tensión (22, 27) para cada parte del parque eólico que se puede regular por separado.
  9. 10. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 7,
    caracterizado porque el ángulo de fase, en dependencia de al menos una tensión registrada en la red, se modifica 45 de manera capacitiva o inductiva hasta que la tensión asume un valor nominal predeterminado.
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