ES2690752T3 - Procedimiento para hacer funcionar una instalación de energía eólica así como instalación de energía eólica - Google Patents

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Abstract

Procedimiento para hacer funcionar una instalación de energía eólica con un generador para suministrar potencia eléctrica a una red eléctrica, caracterizado porque la potencia suministrada por el generador a la red se regula o ajusta en función de la frecuencia de la red eléctrica, porque la potencia suministrada por el generador, alimentada a la red se reduce cuando la frecuencia de la red eléctrica sobrepasa un valor predeterminado, en donde el valor predeterminado es superior al 3‰ , preferentemente al 6‰ de su valor nominal, en donde la instalación de energía eólica presenta para la regulación de la potencia mecánica una regulación del ángulo ("pitch") de las palas de rotor de la instalación de energía eólica y el generador de la instalación de energía eólica produce una corriente eléctrica alterna y el generador está conectado al rotor, que sustenta las palas de rotor, y la corriente eléctrica alterna producida por el generador se rectifica mediante un rectificador (2) y se aplana mediante un condensador (3) y mediante un ondulador (4) se convierte la tensión continua en una corriente alterna, la cual se le suministra a la red, en donde está previsto un dispositivo de regulación (5), compuesto de un microprocesador, que mide la frecuencia de la red y controla los interruptores de potencia del ondulador de tal forma que la frecuencia de salida equivale a la frecuencia de la red.

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento para hacer funcionar una instalación de energía eólica así como instalación de energía eólica
5 La presente invención se refiere a un procedimiento para hacer funcionar una instalación de energía eólica, con un generador eléctrico accionable por un rotor para suministrar potencia eléctrica a una red eléctrica a la que se conecta la instalación de energía eólica. Además, la invención se refiere a una instalación de energía eólica con un rotor y un generador eléctrico acoplado al rotor para suministrar potencia eléctrica a un consumidor eléctrico, especialmente a una red eléctrica.
10
En redes eléctricas débiles (en isla), la frecuencia de la red aumenta muy rápidamente (de golpe) cuando un consumidor mayor es separado de la red eléctrica. Las máquinas de accionamiento como, por ejemplo, motores diésel, ruedas hidráulicas, etc. requieren algún tiempo para reducir entonces su potencia (mecánica y eléctrica). Durante este tiempo, estos generadores producen más energía de la que toma la red eléctrica. Esta energía se 15 consume durante la aceleración de los generadores. De este modo, aumenta el número de revoluciones y, con ello, la frecuencia de la red.
Dado que muchos aparatos eléctricos, por ejemplo, ordenadores, motores eléctricos y similares que se conectan a la red eléctrica, pero que no han sido concebidos para soportar frecuencias de red fluctuantes o sus cambios abruptos, 20 este hecho puede provocar desperfectos en máquinas eléctricas hasta ocasionar la destrucción de estas máquinas.
Como estado de la técnica se remite al documento DE 197 56 777, que da a conocer un procedimiento para hacer funcionar una instalación de energía eólica y en el que se propone regular a la baja la potencia de una instalación de energía eólica si la tensión en la red sobrepasa un valor determinado. El documento “Frequenzabhangige 25 MalJnahmen zur Vermeidung von GrolJstorungen bzw. zur Verminderung ihrer Auswirkungen [Medidas en función de la frecuencia para evitar grandes perturbaciones o para disminuir sus repercusiones]” G. Bergauer, L. Fickert, VEO JOURNAL, volumen 1-2, febrero 1998 (1998-02), páginas 74-77, Viena, da a conocer el procedimiento de centrales eléctricas, que disponen de reservas de regulación primaria, una regulación secundaria y una regulación terciaria. El documento US 4,189,648 da a conocer un generador de energía eólica del tipo constructivo habitual. Por la 30 publicación “Windkraftanlagen im Netzbetrieb [Instalaciones de energía eólica en el funcionamiento de red]” Dr. S. Heier, B.G. Teubner Stuttgart, 1996, páginas 310-347 se conoce un procedimiento y una instalación de energía eólica con las características del preámbulo de las reivindicaciones independientes. Esta publicación se considera como el estado de la técnica más próximo.
35 La invención se basa en el objetivo de eliminar los problemas anteriormente descritos cuando unas instalaciones de energía eólica se conectan a la red eléctrica.
Conforme a la invención esta solución se alcanza mediante un procedimiento con las características según la reivindicación 1 y mediante una instalación de energía eólica con la característica según la reivindicación 2. En las 40 reivindicaciones subordinadas se describen perfeccionamientos ventajosos.
Conforme a la invención se propone, si las instalaciones de energía eólica se hacen funcionar con redes débiles semejantes, controlar su potencia (mecánica y) eléctrica en función de la frecuencia de la red ascendente. De este modo, se pretende evitar un aumento posterior de la frecuencia de la red o bien conseguir una reducción de la 45 frecuencia de la red.
A continuación, mediante un ejemplo de realización, se explica la invención más en detalle:
Se muestra:
50
Fig. 1 un diagrama de frecuencia/potencia en función del tiempo de una instalación de energía eólica,
Fig. 2 vista lateral de una instalación de energía eólica,
55 Fig. 3 un diagrama de bloques de las conexiones de un ondulador en una instalación de energía eólica controlado por un microprocesador,
Fig. 4 representación de un dispositivo de regulación de una instalación de energía eólica,
60 Fig. 5 representación de un acoplamiento de una instalación de energía eólica a una red eléctrica,
Fig. 6 representación alternativa de la fig. 3.
La fig. 1 muestra el requerimiento a una instalación de energía eólica para que reduzca su potencia de salida P en 5 función de la frecuencia eléctrica f de la red. En ello, el valor de 100% representa la frecuencia nominal (50 Hz, 60 Hz) de la red eléctrica. Los valores de 100,6% y 102% son correspondientes valores superiores de la frecuencia de la red f.
La potencia eléctrica de la instalación de energía eólica, por ejemplo, al aumentar la frecuencia de la red en el 0,6% 10 (es decir a 100,6%), aún no se regula a la baja. Cuando a continuación la frecuencia de la red sigue aumentando, la potencia eléctrica de la instalación de energía eólica se regula a la baja. En el ejemplo mostrado, la potencia eléctrica de la instalación de energía eólica, al aumentar la frecuencia de la red a 102%, se regula bajándola a potencia cero.
15 La fig. 3 muestra un ejemplo de realización de una instalación de energía eólica que cumple esta exigencia. La instalación de energía eólica dispone de palas del rotor regulables (regulación del ángulo ("pitch") de las palas del rotor) para que la potencia mecánica de la instalación de energía eólica pueda regularse. Cuando, por ejemplo, se cambia el ángulo de ataque de las palas del rotor respecto al viento, también puede disminuirse la fuerza que actúa sobre las palas del rotor a un valor deseado. La corriente eléctrica alterna del generador (no representado) 20 conectado con el rotor que sustenta las palas del rotor, se rectifica mediante un rectificador 2 y se aplana mediante un condensador 3. A continuación, el ondulador 4 transforma la tensión continua en corriente alterna que es suministrada a la red L-i, L2, L3. La frecuencia de esta corriente de salida se predetermina por la red. El dispositivo de regulación 5, compuesto por un microprocesador, mide la frecuencia de la red y controla los interruptores de potencia del ondulador de tal forma que la frecuencia de salida equivale a la tensión de la red (frecuencia de la red). 25 Cuando la frecuencia de la red aumenta del modo anteriormente descrito, la potencia eléctrica se regula a la baja, según lo representado en la fig. 1.
La fig. 4 ilustra el dispositivo de regulación conforme a la invención. El rotor 4 de la instalación de energía eólica, representado de forma esquemática, se acopla a un generador G que suministra una potencia eléctrica que depende 30 de la velocidad del viento y, por lo tanto, de la potencia del viento. La tensión alterna producida por el generador G se rectifica, en primer lugar, mediante el ondulador y se transforma, a continuación, en una tensión alterna que presenta una frecuencia que equivale a la frecuencia de la red. Mediante el captador de la frecuencia de la red, se establece la tensión de la red en el punto de alimentación de la red. En cuanto la frecuencia de la red supere un valor predeterminado, véase fig. 1, la potencia eléctrica suministrada se reduce para contrarrestar un mayor aumento 35 de la frecuencia de la red. Mediante el dispositivo de regulación se regula, de este modo, la frecuencia de la red a un valor de frecuencia de la red deseado, o por lo menos se evita su mayor aumento.
Mediante una alimentación, regulada de este modo, de la potencia suministrada por la instalación de energía eólica, pueden evitarse o reducirse considerablemente las fluctuaciones de la frecuencia de la red.
40
La fig. 5 muestra el acoplamiento de una instalación de energía eólica a una red eléctrica en el que la potencia eléctrica producida por la instalación de energía eólica es suministrada a la red en el punto de alimentación de la red. A la red eléctrica, se conectan varios consumidores, dibujados en el ejemplo representado en forma de casas.
45 La fig. 6 muestra elementos esenciales del dispositivo de control-regulación en una representación ligeramente diferente a la de la fig. 3. El dispositivo de control y regulación presenta un rectificador en el que se rectifica la tensión alterna producida en el generador. Un convertidor de frecuencia conectado con el rectificador transforma la tensión continua, rectificada primero en el circuito intermedio, en corriente alterna que se suministra a la red en forma de corriente alterna trifásica a través de la línea L1, L2 y L3. El convertidor de frecuencia es controlado por 50 medio de un microordenador que forma parte del dispositivo de regulación completo. A este fin, el microprocesador se acopla al convertidor de frecuencia. Como magnitudes de entrada para la regulación de la tensión con la que la potencia eléctrica puesta a disposición por la instalación de energía eólica 2 se alimenta a la red, se emplean la tensión de la red actual, la frecuencia de la red f, la potencia eléctrica P del generador, el coeficiente de reactancia cos _, así como el gradiente de potencia dP/dt. En el microprocesador se realiza la regulación según la invención de 55 la tensión que se ha de alimentar con su frecuencia de red deseada
A continuación, una lista de otras formas de realización de la invención
Forma de realización 1 Procedimiento para hacer funcionar una instalación de energía eólica con un generador para 60 suministrar potencia eléctrica a una red eléctrica,
caracterizado porque la potencia suministrada por el generador a la red se regula o ajusta en función de la frecuencia de la red eléctrica.
5 Forma de realización 2 Procedimiento según la forma de realización 1,
caracterizado porque la potencia suministrada por el generador, alimentada a la red se reduce cuando la frecuencia de la red eléctrica sobrepasa un valor predeterminado.
10 Forma de realización 3 Procedimiento según la forma de realización 2,
caracterizado porque la potencia suministrada de la instalación de energía eólica se reduce cuando la frecuencia de la red es superior al 3%o, preferentemente al 6%o de su valor nominal.
15 Forma de realización 4 Instalación de energía eólica para realizar el procedimiento según una de las formas de realización anteriores, con un rotor y un generador eléctrico acoplado al rotor para suministrar potencia eléctrica a una red eléctrica, caracterizada por un dispositivo de regulación con un captador de frecuencia para medir la frecuencia de una tensión (corriente) eléctrica existente en la red, y porque la potencia suministrada por el generador a la red puede regularse en función de la frecuencia de la red medida por el captador de frecuencia.
20
Forma de realización 5 Instalación de energía según la forma de realización 4,
caracterizada porque el dispositivo de regulación presenta un microprocesador.
25 Forma de realización 6 Instalación de energía eólica según la forma de realización 5,
caracterizada porque la instalación de energía eólica presenta un ondulador que está acoplado al microprocesador.
Forma de realización 7 Instalación de energía eólica según una de las formas de realización anteriores,
30
caracterizada porque la potencia mecánica de la instalación de energía eólica se reduce en tanto que las palas de rotor regulables se ponen al viento.
Forma de realización 8 Instalación de energía eólica según una de las formas de realización anteriores,
35
caracterizada porque la instalación de energía eólica no le suministra potencia eléctrica a la red cundo la frecuencia de la red sobrepasa un valor predeterminado de su valor nominal, preferentemente el 2% de su valor nominal.

Claims (3)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Procedimiento para hacer funcionar una instalación de energía eólica con un generador para suministrar potencia eléctrica a una red eléctrica,
    5
    caracterizado porque la potencia suministrada por el generador a la red se regula o ajusta en función de la frecuencia de la red eléctrica, porque la potencia suministrada por el generador, alimentada a la red se reduce cuando la frecuencia de la red eléctrica sobrepasa un valor predeterminado, en donde el valor predeterminado es superior al 3%o, preferentemente al 6%o de su valor nominal, en donde la instalación de energía eólica presenta para 10 la regulación de la potencia mecánica una regulación del ángulo (“pitch”) de las palas de rotor de la instalación de energía eólica y el generador de la instalación de energía eólica produce una corriente eléctrica alterna y el generador está conectado al rotor, que sustenta las palas de rotor, y la corriente eléctrica alterna producida por el generador se rectifica mediante un rectificador (2) y se aplana mediante un condensador (3) y mediante un ondulador (4) se convierte la tensión continua en una corriente alterna, la cual se le suministra a la red, en donde 15 está previsto un dispositivo de regulación (5), compuesto de un microprocesador, que mide la frecuencia de la red y controla los interruptores de potencia del ondulador de tal forma que la frecuencia de salida equivale a la frecuencia de la red.
  2. 2. Instalación de energía eólica para realizar el procedimiento según la reivindicación 1,
    20
    con un rotor y un generador eléctrico acoplado al rotor para suministrar potencia eléctrica a una red, en donde está previsto un dispositivo de regulación con un captador de frecuencia para medir la frecuencia de una tensión (corriente) eléctrica existente en la red, y porque la potencia suministrada por el generador a la red puede regularse en función de la frecuencia de la red medida por el captador de frecuencia, en donde la instalación de energía eólica 25 presenta un rectificador (2) y un condensador (3), un ondulador (4) y un dispositivo de regulación (5), en donde el rectificador (2) está conectado al generador y rectifica la corriente eléctrica alterna del generador, en donde el condensador (39) está conectado entre el rectificador (2) y el ondulador (4) y el ondulador está acoplado al dispositivo de regulación (5) y se controla por éste y el ondulador (4) está conectado en el lado de salida a la red (6) y alimenta la potencia eléctrica de la instalación de energía eólica a la red.
    30
  3. 3. Instalación de energía eólica según la reivindicación 2,
    caracterizada porque el dispositivo de regulación (5) presenta un microprocesador (20), que prevé como magnitudes de entrada la tensión de la red actual, la frecuencia de la red (f), la potencia eléctrica (P) del generador 35 de la instalación de energía eólica, el coeficiente de reactancia (cos9) así como el gradiente de potencia (dP/dt).
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