ES2708766T3 - Método de control de la generación de potencia activa de una planta de generación eólica, y planta de generación eólica - Google Patents
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Abstract
Un método para el control de la generación de potencia activa de una planta de generación eólica (100, 600) acoplada a una red eléctrica, comprendiendo la planta de generación eólica (100, 600) un controlador de la planta de generación (150, 630) para el control de una pluralidad de generadores de turbina eólica (120, 610), estando el método caracterizado por las etapas de: supervisar un estado operativo de un equipo de compensación de la planta (170, 620); ajustar una capacidad de potencia reactiva de la planta cuando el estado operativo del equipo de compensación de la planta (170, 620) indica un fallo en el equipo de compensación de la planta (170, 620); controlar la planta de generación eólica (100, 600) para limitar la potencia activa generada por la planta de generación eólica (100, 600) mediante una cantidad de limitación determinada basándose en la capacidad de potencia reactiva de la planta ajustada.
Description
DESCRIPCION
Metodo de control de la generacion de potencia activa de una planta de generacion eolica, y planta de generacion eolica
Campo tecnico
La presente divulgacion describe realizaciones que se refieren en general a un metodo de control de una planta de generacion eolica. Las realizaciones pueden proporcionar un metodo de control de la generacion de potencia activa de una planta de turbinas eolicas. La presente divulgacion describe tambien una planta de generacion eolica configurada para llevar a cabo un metodo de control de una planta de generacion eolica.
Antecedentes
Esta proliferando el desarrollo y aceptacion de la energfa eolica como una fuente limpia y productiva de energfa alternativa. La energfa eolica puede capturarse mediante un generador de turbina eolica, que es una maquina rotativa que convierte la energfa cinetica del viento en energfa mecanica, y la energfa mecanica posteriormente en potencia electrica. Las turbinas eolicas de eje horizontal comunes incluyen una torre, una gondola ubicada en la cima de la torre, y un rotor que se soporta en la gondola mediante un arbol. El arbol acopla el rotor o bien directamente o bien indirectamente con un conjunto de rotor de un generador alojado dentro de la gondola. Pueden disponerse juntos una pluralidad de generadores de turbina eolica para formar un parque eolico o una planta de generacion eolica.
El significativo crecimiento en la aceptacion de la generacion de energfa eolica ha conducido a diversos pafses y operadores de la red electrica a implementar exigentes requisitos en la conexion a la red, tambien conocidos como normativa de la red. Alguna normativa de la red requiere que una planta de generacion eolica cumpla con ciertos requisitos de potencia reactiva de modo que la planta de generacion eolica sea capaz de importar y/o exportar potencia reactiva durante perturbaciones de tension en la red.
El factor de potencia en general puede definirse como la relacion de la potencia real que fluye a la carga a la potencia aparente en el circuito. Generalmente, los requisitos de la red se definen en terminos de valores absolutos del factor de potencia, que dependen de la potencia activa despachada por la planta de generacion eolica, en el punto de acoplamiento comun.
Alguna normativa de la red, sin embargo, define su requisito de factor de potencia como una cantidad de potencia reactiva importada o exportada basandose en los valores nominales de la planta de generacion eolica e independientemente de la generacion de potencia activa. De ese modo, los requisitos de factor de potencia pueden identificarse como un requisito de potencia reactiva. En tales casos, se requiere compensacion adicional de potencia reactiva para que la planta de generacion eolica cumpla con la normativa de la red.
Tfpicamente, esta compensacion puede proporcionarse mediante una fuente de potencia reactiva dinamica, tal como un compensador smcrono estatico (STATCOM) o un compensador de VAR estatico (VAR) o mediante dispositivos estaticos tales como unos MSC (condensadores mecanicamente conmutados). Sin embargo, pueden surgir complicaciones, si por alguna razon, la compensacion de potencia reactiva en la que se basa la planta de generacion eolica para cumplimiento con la normativa de la red queda indisponible, por ejemplo, debido a un fallo del equipo o incluso a interrupcion o errores en la comunicacion de datos. Como resultado, la planta de generacion eolica no sera capaz de controlar el MSC o STATCOM y no sera capaz de satisfacer los requisitos de normativa de la red a plena generacion, lo que puede conducir a penalizacion financiera para el operador de la planta de generacion eolica o en un escenario mas perjudicial, dar como resultado la desconexion de la red debido a que la planta de generacion eolica no es capaz de mantener la capacidad reactiva requerida tal como se demanda por la normativa de la red y supone un riesgo potencial sobre la disponibilidad de potencia reactiva dentro de la red.
El documento WO 2014/071948 A1 divulga una planta de generacion eolica de la tecnica anterior con despacho inteligente de puntos de consigna de potencia para las turbinas eolicas y equipo de compensacion de una planta de generacion eolica, como las unidades de produccion de potencia de una planta de generacion eolica. Se refiere a un caso en el que la potencia producida solicitada es menor que la capacidad total de la planta de generacion, y utiliza esta situacion para despachar puntos de consigna a las turbinas eolicas y al equipo de compensacion basandose en factores de correccion que se refieren a las condiciones de operacion del parque eolico.
Sumario
Existe un deseo tal de un metodo de operacion de una planta de generacion eolica, que proporcione cumplimiento con los requisitos de factor de potencia o potencia reactiva de la normativa de la red con respecto a la capacidad de la planta de generacion eolica.
De acuerdo con la invencion, se proporciona un metodo de control de la generacion de potencia activa de una planta de generacion eolica acoplada a una red electrica, incluyendo la planta de generacion eolica un controlador de la
planta de generacion para el control de una pluralidad de generadores de turbina eolica estando el metodo caracterizado por las etapas de:
supervisar un estado operativo de un equipo de compensacion de la planta; ajustar una capacidad de potencia reactiva de la planta cuando el estado operativo del equipo de compensacion de la planta indica un fallo en el equipo de compensacion de la planta; controlar la planta de generacion eolica para limitar la potencia activa generada por la planta de generacion eolica mediante una limitacion de la cantidad determinada basandose en la capacidad de potencia reactiva de la planta ajustada.
De acuerdo con la invencion, se proporciona tambien una planta de generacion eolica, que comprende una pluralidad de generadores de turbina eolica; un equipo de compensacion de la planta que incluye una pluralidad de modulos de compensacion; y un controlador de la planta de generacion, configurado para controlar la pluralidad de generadores de turbina eolica, caracterizado por que comprende ademas: un modulo de supervision configurado para supervisar un estado operativo del equipo de compensacion de la planta; un modulo de capacidad de potencia reactiva configurado para ajustar una capacidad de potencia reactiva de la planta cuando el estado operativo del equipo de compensacion de la planta indica un fallo en el equipo de compensacion de la planta; un modulo de limitacion configurado para controlar la planta de generacion eolica para limitar una potencia activa generada por la planta de generacion eolica en una cantidad de limitacion basandose en la potencia reactiva de la planta ajustada. La invencion proporciona adicionalmente un producto de programa informatico de acuerdo con la reivindicacion 15. Se definen realizaciones de la invencion en las reivindicaciones dependientes.
Breve descripcion de los dibujos
En los dibujos, los caracteres de referencia similares se refieren, generalmente, a las mismas partes en todas las diferentes vistas. Los dibujos no estan necesariamente a escala, poniendose en su lugar, en general, el enfasis en la ilustracion de los principios de la presente divulgacion. Se ha de observar que los dibujos adjuntos ilustran solamente ejemplos de realizaciones de la presente divulgacion y no han de considerarse por lo tanto limitativos de su alcance, ya que la divulgacion puede admitir otras realizaciones igualmente eficaces. En la siguiente descripcion, se describen diversas realizaciones de la divulgacion con referencia a los siguientes dibujos, en los que:
La FIG. 1 ilustra una planta de generacion eolica de acuerdo con una realizacion.
La FIG. 2 ilustra un control esquematico durante la operacion de una planta de generacion eolica de acuerdo con una realizacion.
La FIG. 3 ilustra un bloque esquematico de un metodo de retrocesion de acuerdo con realizaciones.
La FIG. 4A ilustra un grafico PQ de una planta de generacion eolica con capacidad de potencia reactiva instalada plenamente operativa.
La FIG. 4B ilustra un grafico PQ de la planta de generacion eolica de la FIG. 4A con capacidad de potencia reactiva reducida.
La FIG. 5 ilustra un metodo para la operacion de una planta de generacion eolica de acuerdo con una realizacion.
La FIG. 6 ilustra una planta de generacion eolica de acuerdo con una realizacion.
Descripcion detallada
Se describe en detalle a continuacion un metodo de operacion de una planta de generacion eolica y una planta de generacion eolica con referencia a las figuras adjuntas. Sin embargo, debena entenderse que la divulgacion no esta limitada a las realizaciones espedficas descritas. Se apreciara que las realizaciones descritas a continuacion pueden modificarse en diversos aspectos, caractensticas, y elementos, sin cambiar la esencia de la divulgacion. Ademas, cualquier referencia a diversas realizaciones no debera interpretarse como una generalizacion de ninguna materia objeto inventiva divulgada en el presente documento y no debera considerarse como un elemento o limitacion de las reivindicaciones adjuntas, salvo cuando asf se indique explfcitamente en una reivindicacion o reivindicaciones.
De acuerdo con diversas realizaciones, la representacion de un elemento dado o la consideracion o uso de un numero de elementos particulares en una figura particular o una referencia a los mismos del material descriptivo correspondiente pueden llevar el mismo, un equivalente, o un elemento analogo o numero de elementos identificado en otra figura o material descriptivo asociado con el. El uso de "/" en el presente documento significa "y/o" a menos que espedficamente se indique lo contrario.
La presente divulgacion puede describir realizaciones del sistema y/o un aparato que puede ser operativo en diversas orientaciones, y por ello debena entenderse que cualquiera de los terminos "superior", "inferior", "base", "abajo", "de costado", "hacia abajo", etc., cuando se usan en la descripcion que sigue se usan por conveniencia y para ayudar a la comprension de las posiciones o direcciones relativas, y no se pretende limitar la orientacion del sistema o aparato.
Un sistema informatico o un controlador o un microcontrolador o cualquier otro sistema que proporciona una capacidad de procesamiento pueden presentarse de acuerdo con diversas realizaciones en la presente divulgacion. Dicho sistema puede considerarse que incluye un procesador. Un sistema o aparato de acuerdo con diversas realizaciones puede incluir un controlador que puede incluir una memoria que se usa por ejemplo en el procesamiento llevado a cabo por el controlador. Una memoria usada en las realizaciones puede ser una memoria volatil, por ejemplo una memoria DRAM (memoria de acceso aleatorio dinamico) o una memoria no volatil, por ejemplo una PROM (memoria solo de lectura programable), una EPROM (PROM borrable), EEPROM (PROM electricamente borrable), o una memoria flash, por ejemplo, una memoria de puerta flotante, una memoria de captura de carga, una MRAM (memoria de acceso aleatorio magnetorresistiva) o una PCRAM (memoria de acceso aleatorio de cambio de fase).
En diversas realizaciones, un "circuito" puede entenderse como cualquier clase de entidad de implementacion logica, que puede ser un circuito de finalidad especial o un procesador ejecutando software almacenado en una memoria, firmware, o cualquier combinacion de los mismos. De ese modo, en una realizacion, un "circuito" puede ser un circuito logico cableado o un circuito logico programable tal como un procesador programable, por ejemplo un microprocesador (por ejemplo, un procesador de ordenador de conjunto de instrucciones complejas (CISC) o un procesador de ordenador de conjunto de instrucciones reducidas (RISC)). Un "circuito" puede ser tambien un procesador ejecutando software, por ejemplo cualquier clase de programa informatico, por ejemplo un programa informatico que use un codigo de maquina virtual tal como, por ejemplo, Java. Cualquier otra clase de implementacion de las funciones respectivas que se describiran con mas detalle a continuacion puede entenderse tambien como un "circuito" de acuerdo con diversas realizaciones alternativas. De manera similar, un "modulo" se define asimismo como una parte de un sistema de acuerdo con diversas realizaciones de la presente divulgacion y puede englobar un "circuito" como anteriormente, o puede entenderse como cualquier clase de entidad de implementacion de logica a partir del mismo.
La FIG. 1 ilustra una planta de generacion eolica de acuerdo con una realizacion. En una realizacion, se proporciona una planta de turbinas eolicas o una planta de generacion eolica 100. Una planta de generacion eolica se forma ffpicamente con una coleccion de unidades de generacion eolica, o de generadores de turbina eolica, de modo que se centraliza el control y se realiza un unico acoplamiento a una red electrica, o a una red de transmision electrica, o a una red de distribucion electrica, o a una red electrica de potencia 160. En diversas realizaciones, la planta de generacion eolica 100 puede ser conectable a una red electrica 160.
En una realizacion, la planta de generacion eolica 100 puede incluir una pluralidad de generadores de turbina eolica, o turbinas eolicas, 120, electricamente acoplados a la planta de generacion eolica 100. En una realizacion, la planta de generacion eolica 100 incluye una flota de generadores de turbina eolica 120 similares. En otras realizaciones, es posible tener una variedad de generadores de turbina eolica conectados a las ramas de transmision de la planta de generacion eolica. Esto es cuando los generadores de turbina eolica se distribuyen ffpicamente geograficamente en diversas localizaciones en las que los vientos predominantes se utilizaffan mejor mediante diferentes tipos de generadores de turbina eolica.
Los generadores de turbina eolica 120 se acoplan a una barra del bus de distribucion de la planta 130, que puede conocerse como la barra del bus principal o un bus de media tension (MT), a traves de una rama de transmision 110. La planta de generacion eolica 100 puede incluir una pluralidad de ramas de transmision 110, cada una incluyendo una pluralidad de generadores de turbina eolica 120 electricamente conectados a una rama de transmision correspondiente. En una realizacion, hay dos turbinas eolicas conectadas a una rama de transmision. Sin embargo, no hay ffpicamente grnas en cuanto al numero de turbinas eolicas por rama de transmision, simplemente por la preferencia de la localizacion ffsica.
En las realizaciones, una rama de transmision 110 puede incluir un interruptor 112, que puede configurarse para proteger tanto los generadores de turbina eolica 120 conectados a la rama de transmision 110 como otras partes de la planta de generacion eolica 100 frente a picos o incursiones de potencia que pudieran tener lugar cuando hay un fallo en la red electrica 160 o en la planta 100. En tales casos, el interruptor 112 disparara hasta una situacion de circuito abierto, y afsla la rama de transmision 110 de la planta de generacion eolica 100, hasta que se identifique y acometa la falta, y los sistemas electricos de la planta esten de nuevo en condiciones para la reconexion de la rama de transmision 110.
La planta de generacion eolica 100 puede incluir una subestacion de la planta 140 que puede acoplarse a la barra del bus de distribucion de la planta 130. Las subestaciones de la planta pueden ser tanto un area ffsica de la planta de generacion eolica como un numero agregado de caracteffsticas dispersas sobre la planta. En una realizacion, la subestacion 140 se presenta como localizada en un area ffsica. De acuerdo con la realizacion, los componentes principales de la subestacion 140 son el transformador principal 142, que eleva la potencia generada en la planta a una tension apropiada para ser proporcionada a una red electrica 160, y el interruptor principal 144, que define un interruptor activo para la planta de generacion eolica. La subestacion de la planta 140 se asienta entre medias de las turbinas eolicas 120 de la planta de generacion eolica 100 y el punto de acoplamiento comun 146 a la red electrica 160.
La operacion de la planta de generacion eolica 100 es controlada por el controlador de la planta de generacion ("PPC") 150 que despacha diversos puntos de consigna de referencia a generadores de turbina eolica 120 individuales en la
planta de generacion eolica 100. El controlador de la planta de generacion 150 recibe tambien multiples fuentes de medidas o lecturas de salida desde los generadores de turbina eolica 120, asf como desde diversas localizaciones sobre la rama de transmision 110, la barra de distribucion 130, la subestacion de la planta 140, y la red electrica 160, y usa la informacion recibida para optimizar la contribucion de la planta de generacion eolica a la red electrica. El controlador de la planta de generacion 150 puede recibir tambien puntos de consigna para la operacion desde el operador de red de la red electrica 160 a la que esta acoplada la planta de generacion eolica 100.
De acuerdo con una realizacion, el PPC 150 de la planta de generacion eolica 100 es parte de una red de control, supervision y adquisicion de datos (SCADA) 154 que acopla la planta 100 y la pluralidad de generadores de turbina eolica 120 en la planta 100 a un centro remoto de datos y control. La red SCADA de la planta 154 puede incluir acoplamiento de transmision de datos entre los controladores de planta y turbina proporcionado mediante una transmision de fibra optica tendida. Ademas, la red SCADA 154 puede incluir conectividad entre el controlador de la planta 150 y diversos equipos auxiliares en la planta de generacion eolica 100, por ejemplo, el equipo de compensacion de la potencia, sistemas de almacenamiento de energfa, sistemas de control avanzado, sistemas de deteccion meteorologica, etc. La red SCADA 154 puede facilitar tambien la comunicacion de informacion de datos e informacion de mediciones. En las realizaciones, pueden proporcionarse lmeas de comunicacion separadas para la comunicacion de informacion de datos y de informacion de mediciones. En diversas realizaciones, se proporciona una lmea de comunicacion de datos 157 en la planta de generacion eolica 100. Puede proporcionarse tambien una lmea de comunicacion de mediciones 158 en la planta de generacion eolica 100.
En diversas realizaciones, la planta de generacion eolica 100 incluye un modulo de control SCADA 156, configurado para proporcionar control y vigilancia de la red SCADA 154. El modulo de control SCADA 156 puede incluir subsistemas para consolidar datos de medicion recibidos desde los componentes de la planta, comunicar mensajes, y diversas otras funciones operativas. En las realizaciones, el modulo de control SCADA 156 y el PPC 150 pueden localizarse ffsicamente en la subestacion de la planta. En las realizaciones, el modulo de control SCADA 156 y el PPC 150 pueden localizarse en un anexo de la planta de generacion eolica 100. Se entiende que la localizacion ffsica no plantea limitacion para la operacion de la planta de generacion eolica 100.
En una realizacion, se proporciona un sensor 152 en el punto de acoplamiento comun 146, y la salida resultante se proporciona al PPC 150 para supervision de las caractensticas electricas de la red electrica 160. Puede supervisarse una tension, corriente y caractensticas de potencia, y procesarse posteriormente en varios formatos caractensticos utiles por el PPC 150. El punto de medicion (PdM) de la planta de generacion eolica 100 puede estar en el lado de alta tension del transformador principal 142, o en el punto de acoplamiento comun 146. Puede proporcionarse equipo adicional en el PdM, por ejemplo, pero sin limitacion, un contador, junto con un transformador de corriente, o un transformador de potencial.
De acuerdo con diversas realizaciones, la pluralidad de generadores de turbina eolica puede incluir uno o mas tipos o versiones de generadores de turbina eolica. Se representa esquematicamente un generador de turbina eolica 121 y puede ejemplificar representativamente un generador de turbina eolica de la pluralidad de generadores de turbina eolica. El generador de turbina eolica 121 puede incluir una pluralidad de palas del rotor que accionan un arbol principal rotativo que se acopla mecanicamente a una caja de engranajes que eleva la rotacion para un arbol de generador de alta velocidad de un sistema de produccion de energfa 122. En una realizacion, el sistema de produccion de energfa 122 incluye un generador de induccion doblemente alimentado (DFIG en el que el arbol del generador se acopla al rotor del generador o Tipo 3). En una realizacion, el generador es un generador de conversion completa (Tipo 4). El generador de Tipo 4 se acopla a un convertidor de potencia de escala completa. El metodo tal como se describe en realizaciones de la presente divulgacion es aplicable tanto a maquinas de Tipo 3 como de Tipo 4. En el generador de induccion doblemente alimentado, el par mecanico se convierte en potencia electrica, que se proporciona posteriormente a un convertidor de frecuencia para el acondicionamiento de la potencia. La salida del convertidor de frecuencia se eleva con un transformador proporcionado en la turbina, que posteriormente produce potencia electrica a 30 kV (puede ser cualquier tension que vana entre 10 kV a 35 kV) a la rama de transmision 110. En diversas realizaciones, el transformador puede elevar la potencia electrica hasta una tension variable desde 10 kV a 35 kV.
En otras realizaciones, las turbinas en la planta pueden incluir un sistema de produccion de potencia que incluye un generador que puede ser un generador de alimentacion simple, un generador de induccion, un generador de imanes permanentes o cualquier otro tipo de generador que incluya un devanado de estator. Ademas, las turbinas en otras realizaciones pueden incluir un sistema de produccion de potencia que incluye accionamiento directo u otros sistemas de accionamiento alternativo, que se apartan del uso de una caja de engranajes tradicional. Puede ser posible cualquier configuracion electrica del sistema de produccion de energfa de turbina eolica para la satisfacer la finalidad de generacion de energfa electrica a partir de la captura cinetica del viento.
De acuerdo con una realizacion, en operacion normal, el generador de la turbina eolica 121 recibe una referencia de potencia desde el PPC 150 de modo que se genere una salida controlada de potencia electrica. Las referencias de potencia generadas por el PPC 150 dependen del estado de operacion de la red segun se experimente por el operador de red 160, asf como el viento actualmente experimentado para conversion de energfa. En una realizacion, la referencia de potencia desde el PPC 150 puede proporcionarse como una referencia de potencia activa P* y como una referencia de potencia reactiva Q*, indicando al generador de la turbina eolica 121 la cantidad requerida de
potencia a ser generada y suministrada por el generador de la turbina eolica 121 como parte de la contribucion de la planta de energfa eolica a la red electrica 160. En una realizacion, la referencia de potencia desde el PPC 150 puede ser tambien una referencia de factor de potencia, que puede definirse como la relacion de la potencia real a la potencia aparente en el circuito.
En una realizacion, el generador de la turbina eolica 121 incluye un controlador de turbina eolica (no mostrado). El controlador de la turbina eolica incluye capacidades de control para el control de diversos aspectos de la funcionalidad de la turbina eolica, por ejemplo, optimizacion de la captura del viento en capacidades de orientacion de la gondola y cambio de paso de palas, procedimientos de emergencia tal como frenado de emergencia o parada de la turbina, o control de la produccion electrica. En diversas realizaciones, el controlador de la turbina eolica se configura para maximizar la produccion de potencia, en tanto que impide danos a la turbina eolica o a la carga.
En una realizacion, el controlador de la turbina eolica puede incluir un controlador de potencia de turbina eolica 124. El controlador de potencia de la turbina eolica 124 puede proporcionarse con potencia de procesamiento, tal como con ordenadores, microprocesadores, microcontroladores, tarjetas de procesamiento de senal digital (DSP), circuitos integrados de aplicacion espedfica (ASIC) o cualesquiera otros, y con modulos de memoria apropiados adjuntos o cualquier medio de almacenamiento legible por ordenador no transitorio.
El controlador de potencia de la turbina eolica 124 se proporciona para la supervision de la capacidad de produccion de potencia del generador de la turbina eolica 121. En diversas realizaciones, el controlador de potencia de la turbina eolica 124 se acopla al PPC 150 y recibe desde el PPC 150 una referencia de potencia activa P* y una referencia de potencia reactiva Q* para un requisito de contribucion del generador de la turbina eolica 121 a la planta 100. Ademas, el controlador de potencia de la turbina eolica 124 se acopla, y esta en constante comunicacion con, el controlador de la turbina eolica. En diversas realizaciones, se proporciona informacion con relacion al control del generador de la turbina eolica 121 al controlador de la turbina eolica para su ejecucion, y se proporciona informacion de sensores al controlador de potencia de la turbina eolica 124 para su uso en la optimizacion de la generacion de potencia por parte del generador de la turbina eolica 120. Bajo condiciones de operacion normales la turbina seguira las referencias P* y Q* desde el PPC.
De acuerdo con una realizacion, la planta de generacion eolica 100 puede incluir equipo de compensacion de potencia o equipo de compensacion de planta 170. El equipo de compensacion de potencia 170 puede acoplarse sobre la barra de distribucion de la planta 130. El equipo de compensacion de potencia 170 puede incluir equipo de soporte de la potencia reactiva dinamico, por ejemplo, unos SVC o un compensador smcrono estatico (STATCOM) 172, en el que el STATCOM puede incluir una combinacion de unidades de suministro de potencia mas pequenas. El equipo de compensacion de potencia 170 puede incluir tambien equipo estatico de soporte de la potencia reactiva, por ejemplo, bancos de condensadores conmutados 174 y bancos de inductores conmutados 176. Ademas, podnan ser posibles tambien otras clases de equipo de compensacion de potencia, tales como, por ejemplo, condensadores estaticos y condensadores smcronos. De acuerdo con diversas realizaciones, el equipo de compensacion de la potencia 170 puede incluir un conjunto de modulos compensadores 178. Los modulos de compensacion 178 pueden incluir bancos de condensadores, modulos STATCOM, bancos SVC, o cualquier otro equipo de compensacion que pueda proporcionar potencia reactiva para la regulacion. En las realizaciones, los modulos de compensacion 178 pueden incluir 3 conjuntos de bancos de condensadores.
El equipo de compensacion de potencia 170 puede usarse para controlar el factor de potencia, el nivel de potencia reactivo contribuido, o el nivel de tension del punto de acoplamiento comun 146. En las realizaciones, el equipo de compensacion de potencia puede localizarse tambien junto con la subestacion de planta 140. En otras realizaciones, el equipo de compensacion de potencia podna distribuirse a, y localizarse en, cada generador de turbina eolica 121.
El equipo de compensacion de potencia 170 puede configurarse para dar soporte a la planta de generacion eolica 100 a lo largo de diversas perturbaciones en la red 160. Por ejemplo, el equipo de compensacion de potencia 170 puede configurarse para dar soporte a la red 160 durante, por ejemplo, cafdas y huecos de tension, subidas de tension, fluctuaciones de tension, interrupciones de corta duracion, desequilibrios, u otras formas de perturbaciones.
De acuerdo con ciertas realizaciones, diversos componentes en el equipo de compensacion de potencia 170 pueden acoplarse conjuntamente con finalidades de comunicacion. En una realizacion, el STATCOM 172, los bancos de condensadores 174 y los bancos de inductores 176 pueden acoplarse juntos con finalidades de comunicacion en una red de comunicacion interna 180. Un controlador de compensacion central 171 puede proporcionar supervision para la funcionalidad operativa del equipo de compensacion de potencia 170. Ademas, puede obtenerse informacion de salida de diversos componentes en el equipo de compensacion 170 y proporcionarse al controlador de compensacion 171 con finalidades de medicion, en una red de medicion interna 179. En las realizaciones, el PPC 150 puede acoplarse al controlador de compensacion 171 a traves de la lmea de comunicacion de datos 157 y la lmea de comunicacion de mediciones 158, y a traves del controlador de compensacion 171, consigue el control operativo y supervision sobre diversos componentes del equipo de compensacion de potencia 170. En las realizaciones, el PPC puede comunicar directamente con diversos componentes del equipo de compensacion de la planta. Por ejemplo, la red SCADA 154 puede incluir una conexion directa con el STa Tc OM 172. En las realizaciones, el STATCOM 172 puede acoplarse a una lmea de comunicacion de datos 157 y lmea de comunicacion de mediciones 158. De esa
manera, el STATCOM 172 puede controlarse directa y eficientemente desde el PPC 150. En las realizaciones, cada uno de los modulos compensadores 178 se acopla directamente al PPC 150 y puede controlarse directa y efectivamente desde el PPC 150.
En operacion, el equipo de compensacion de la planta 170 se conmuta para dar soporte a la planta de generacion eolica 100 a lo largo de diversas perturbaciones en la red electrica 160. El PPC 150 puede supervisar la red electrica 160 a traves del sensor 152 y determinar un requisito de potencia adicional. En la situacion de, por ejemplo, un hueco en la tension de red, se requiere potencia reactiva adicional desde la planta de generacion eolica 100 en soporte de la recuperacion de la red electrica. Como se ha indicado, se determina una referencia de potencia reactiva Q* por parte del PPC 150. El PPC 150 conecta adicionalmente el equipo 170 para proporcionar potencia reactiva adicional, si la inyeccion de potencia reactiva no puede ser soportada totalmente por los generadores de turbina eolica 120.
De acuerdo con ciertas realizaciones, el equipo de compensacion de la planta puede incluir diversos modulos compensadores 178 acoplados juntos para la realizacion de una funcion de compensacion para la planta de energfa eolica 100. De acuerdo con ciertas realizaciones, los modulos compensadores 178 pueden ser bancos de condensadores. En una realizacion representativa, una planta de energfa eolica 100, compuesta de una pluralidad de generadores de turbina eolica 120, puede llegar a 83 MW a plena capacidad. En el soporte de dicho nivel de planta de generacion de energfa eolica 100, los modulos compensadores 178 pueden incluir un valor de 18,5 MVAr para dar soporte a la planta de generacion eolica 100 para cumplir con los requisitos de la red electrica o requisitos de potencia reactiva de la red. En las realizaciones, los modulos compensadores 178 pueden incluir tres bancos de condensadores 178, 179, 180, de 6, 6 y 6,5 MVAr respectivamente.
La FIG. 2 ilustra un control esquematico durante la operacion de una planta de generacion eolica de acuerdo con una realizacion. En diversas realizaciones, la planta de generacion eolica 100 puede incluir mecanismos de control relevantes tal como microcontroladores o microprocesadores que se configuran para llevar a cabo un esquema de control 200 en la operacion de la planta de generacion eolica 100. De acuerdo con ciertas realizaciones, se configura un modulo de medicion 210 para recibir informacion con relacion a la red electrica 160. El modulo de medicion 210 puede incluir sensores dispuestos para medir caractensticas electricas de la red electrica 160. El modulo de medicion 210 puede medir parametros electricos tales como tension, corriente, potencia activa, potencia reactiva, etc. en el punto de acoplamiento comun (PCC). Ademas, el modulo de medicion 210 puede incluir tambien sensores dispuestos para medir caractensticas electricas de la energfa electrica generada por la planta de generacion eolica 100 y dispuesta para entrega a la red electrica 160.
El modulo de medicion 210 proporciona posteriormente lecturas electricas medidas de la red electrica y la potencia generada por la planta de generacion eolica y comunica las mediciones al PPC 250. El PPC 250 puede incluir un modulo de control de Q 252, configurado el modulo de control de Q 252 para recibir lecturas de medicion de la red electrica 160 desde el modulo de medicion 210 y dispuesto para generar y enviar una referencia de potencia reactiva Qref. El modulo de control de Q 252 puede incluir un controlador de Qref 254, configurado para recibir las caractensticas electricas medidas de la red electrica y de la planta y generar una salida de Qref a partir de las mismas. El valor de Qref se proporciona posteriormente a un modulo de despacho de Qref 256, que comunica el valor de Qref a diversos componentes en la planta de generacion eolica 100. En las realizaciones, el modulo de despacho del Qref 256 puede descomponer la referencia de potencia reactiva a nivel de subsistema, y proporcionar un punto de consigna de Q a los diversos componentes.
El PPC 250 puede incluir tambien un modulo de control de P 258, configurado el modulo de control de P 258 para recibir lecturas de medicion de la red electrica 160 desde el modulo de medicion 210 y dispuesto para generar y enviar una referencia de potencia activa Pref. El modulo de control de P 258 puede incluir un controlador de Pref 260, configurado para recibir las caractensticas electricas medidas de la red electrica y de la planta y generar una salida de Pref a partir de las mismas. El valor de Pref se proporciona posteriormente a un modulo de despacho de Pref 262, que comunica el valor de Pref a diversos componentes en la planta de generacion eolica 100.
El PPC 250 se acopla comunicativamente a una pluralidad de turbinas eolicas en la planta de generacion eolica 100. El bloque 220 ilustra representativamente el esquema de control 200 como perteneciente a una turbina eolica individual. El bloque 220 puede ser representativo de un controlador de potencia de la turbina eolica. En las realizaciones, las turbinas eolicas de la planta de generacion eolica se controlan de modo similar con respecto al esquema de control. Por supuesto, diversos parametros y puntos de consigna pueden diferir con respecto a generadores de turbina eolica individuales, de acuerdo con el valor nominal y condicion de la turbina. Generalmente, cada turbina eolica 220 incluye un controlador de Q 222 y un controlador de P 224, dispuestos para recibir una Qref y una Pref respectivamente desde el modulo de control de Q 252 y el modulo de control de P 258 en el PPC 250. Tras la recepcion de la referencia de potencia reactiva Qref y la referencia de potencia activa Pref, el controlador de potencia de la turbina eolica de 220 configura el sistema de produccion de potencia para generar y producir la salida del tipo requerido y la cantidad de potencia.
En las realizaciones, el PPC 250 se acopla comunicativamente a un controlador de compensacion 270. El controlador de compensacion 270 puede supervisar la operacion del equipo de compensacion, que puede incluir una pluralidad de modulos compensadores, por ejemplo, bancos de condensadores, que se disponen para proporcionar una cantidad
de potencia reactiva bajo demanda. Se senala que el controlador de compensacion incluye ademas la supervision y operacion no solamente de los modulos compensadores, sino de diversos otros componentes del equipo de compensacion de la planta, tales como el STATCOM 172, condensadores 174 e inductores 176. Sin embargo la presente descripcion se dirige espedficamente a la operacion y funcion solamente de los modulos compensadores 178, pero puede extenderse facilmente a diversos otros componentes. Por ejemplo, el STATCOM 172 puede incluir una pluralidad de pequenas unidades de generacion. Por ejemplo un STATCOM de valor nominal 20 MVAr puede incluir 10 unidades de modulos de valor nominal 2 MVAr. Dichos modulos pueden supervisarse por parte del controlador de compensacion 270 o del PPC 250.
La cantidad de potencia reactiva a ser proporcionada por los modulos compensadores puede deducirse del valor Qref recibido desde el modulo de despacho de Qref 256 en el PPC 250. El valor Qref es recibido por un controlador de Q 272 en el controlador de compensacion 270, que posteriormente controla los modulos compensadores para proporcionar la potencia reactiva solicitada.
Se senala que el controlador de compensacion 270 vigila la capacidad operativa de los modulos compensadores. En una realizacion, el controlador de compensacion 270 puede acoplarse comunicativamente con cada uno de los modulos compensadores 178. En consecuencia, en diversas realizaciones, el PPC 250 se acopla comunicativamente a cada uno de los modulos compensadores 178. Los modulos compensadores pueden supervisarse respecto a su estado operativo y para funcionalidad y eficiencia de su salida, entre otros parametros. Dicha informacion de supervision puede devolverse al PPC 250 a traves del controlador de compensacion 270 para acciones adicionales.
De acuerdo con ciertas realizaciones, el controlador de compensacion 270 puede incluir un modulo de disponibilidad de Q 274, que puede incluir el procesamiento de datos de supervision del estado operativo y proporcionar una realimentacion al PPC 250 indicando la cantidad de capacidad de potencia reactiva que son capaces de soportar los modulos compensadores 178.
La informacion de supervision puede incluir donde se indica un fallo en la operacion del equipo de compensacion de la planta. En las realizaciones, la informacion de supervision puede incluir donde se indica un fallo en la operacion de los modulos compensadores. Tal y como se ha mencionado, hay situaciones en las que los modulos compensadores instalados pueden no estar operando a plena capacidad. Por ejemplo, uno o mas de los modulos compensadores individuales pueden estar operando con una eficiencia suboptima, o puede tener un estado de fallo parcial o completo debido a una rotura ffsica de componentes. Ademas, la falta puede incluir un fallo de comunicacion entre uno cualquiera de los modulos compensadores y el controlador de compensacion, o en la red SCADA que enlaza el PPC al controlador de compensacion y modulos compensadores. Ademas, la falta puede incluir, por ejemplo, una interrupcion electrica o fallo de componente, que puede impedir que los modulos compensadores instalados sean conectados o desconectados por el PPC.
En el caso de que se indique un fallo en los modulos compensadores instalados, y los modulos compensadores esten funcionando con una capacidad suboptima, o no operando en absoluto, o que algunos o todos los modulos de compensacion no puedan ser manejados por el PPC, la contribucion de potencia reactiva desde la planta de generacion eolica queda afectada. En las metodologfas actuales, tras la identificacion por el PPC de un fallo en el equipo de compensacion de la planta, el PPC registra la capacidad de potencia reactiva reducida, por ejemplo, en la que uno o mas modulos de compensacion estan inoperativos, y el modulo de control de Q del PPC modifica y reduce el Qref y despacho desde el mismo. El inconveniente de dichas metodologfas actuales puede ser que puede no cumplirse con la normativa de la red, dado que la capacidad de inyeccion de potencia reactiva de la planta de generacion eolica esta comprometida con la falta en el equipo de compensacion de la planta. Dicho no cumplimiento puede conducir a graves penalizaciones impuestas por los operadores de la red por la violacion de la normativa de la red.
La FIG. 3 ilustra un bloque esquematico de un metodo de retrocesion de acuerdo con realizaciones. Se proporciona una estrategia 300 de retrocesion, de acuerdo con diversas realizaciones de la presente divulgacion. Dicho metodo de retrocesion proporciona un cumplimiento dinamico de una planta de generacion eolica 100 con varias normativas de la red electrica a la vista de una capacidad de potencia reactiva de la planta de generacion eolica 100. De acuerdo con ciertas realizaciones, en 310, el metodo puede incluir la supervision de un estado de operacion de un equipo de compensacion de la planta. En 320, el metodo considera la capacidad del equipo de compensacion. Si esta disponible el equipo de compensacion, no se requiere limitacion de la potencia activa, como bajo 330. El metodo pasa en ciclos posteriormente de vuelta a 310 para una supervision continua del estado de operacion.
De acuerdo con ciertas realizaciones, si partes o todo el equipo de compensacion no esta disponible, el metodo lleva a cabo el bloque 340, en el que se limita la potencia activa. En las realizaciones, en 340, la potencia activa se limita en una cantidad AP para satisfacer la demanda de potencia reactiva extra en MVAr desde los generadores de turbina eolica. De acuerdo con ciertas realizaciones, el metodo puede incluir ademas identificar una deficiencia en la capacidad de potencia reactiva de la planta de generacion eolica basandose en el equipo de compensacion indisponible.
La deficiencia puede ser debida a un fallo en el equipo de compensacion, incluyendo una reduccion en el estado operativo del equipo de compensacion, que conduce a la contribucion suboptima. Un fallo puede incluir tambien una
no operacion total del equipo de compensacion. Dicha falta puede incluir tambien una rotura en la comunicacion de datos con el equipo de compensacion, que conduce a una incapacidad o a una reduccion en la capacidad de operacion del equipo de compensacion.
En la limitacion de la potencia activa, el metodo puede incluir limitar la generacion de potencia activa de la planta de generacion eolica para cumplir con la operacion de la planta de generacion eolica bajo la normativa de conexion a la red de la red electrica acoplada. De acuerdo con ciertas realizaciones, la potencia activa de la planta de generacion eolica se limita para cumplir con un requisito de la normativa de la red de requerir una cantidad fija de potencia reactiva exportada basandose en la capacidad nominal de la planta de generacion eolica. En las realizaciones, la potencia activa de la planta de generacion eolica se limita para superar una deficiencia en la capacidad de potencia reactiva de la planta de generacion eolica, con respecto a la capacidad nominal de la planta de generacion eolica. En las realizaciones, la planta de generacion eolica ajusta la capacidad nominal de la planta de generacion eolica, de acuerdo con una capacidad de potencia reactiva reducida. En las realizaciones, la capacidad de potencia activa de la planta de generacion eolica se optimiza basandose en la capacidad de potencia reactiva reducida. En las realizaciones, la generacion de potencia activa en la planta de generacion eolica se limita basandose en la capacidad de potencia reactiva reducida para la optimizacion de la generacion de potencia activa.
De acuerdo con diversas realizaciones, se introduce una estrategia de retrocesion y se incorpora en el esquema de operacion de la planta de generacion eolica. Dicha estrategia de retrocesion se inicia y se lleva a cabo en respuesta a identificar un fallo en el equipo de compensacion de la planta 170 de la planta de generacion eolica 100. Volviendo a referirnos a la FIG. 2, el controlador de compensacion 270 lleva a cabo una supervision de un estado operativo del equipo de compensacion de la planta 170. En las realizaciones, el controlador de compensacion 270 lleva a cabo la supervision de un estado operativo de los modulos compensadores 178. Ademas, el controlador de compensacion 270 supervisa la comunicacion de datos con los modulos compensadores 178, como parte de la supervision del estado operativo.
En el caso de una deteccion de falta, puede comprometerse el estado operativo de los modulos compensadores, y el equipo de compensacion de la planta 170 ya no sera capaz de proporcionar la cantidad de capacidad de potencia reactiva, conduciendo a un ajuste descendente en la capacidad de potencia reactiva del equipo de compensacion de la planta 170. El controlador del STATCOM 270 puede llevar a cabo dicho ajuste de la capacidad de potencia reactiva del equipo de compensacion de la planta, con el modulo de disponibilidad de Q 274, y proporcionar dicha realimentacion al PPC 250. El PPC 250 recibe dicha informacion de realimentacion y ajusta hacia abajo la capacidad de potencia reactiva total de la planta de la planta de generacion eolica 100.
De acuerdo con diversas realizaciones, para cumplir con los requisitos de la normativa de la red, se ajusta hacia abajo la capacidad de potencia activa de la planta de generacion eolica 100. El PPC 250 puede incluir un modulo de limitacion 264, que puede configurarse para limitar la cantidad de potencia activa que puede proporcionarse por la planta de generacion eolica 100 a la red electrica. Tal como se menciono anteriormente, la capacidad de potencia activa, o la capacidad nominal, de la planta de generacion eolica 100 se limita o reduce, de modo que permita a la planta de generacion eolica 100 cumplir funcionalmente con los requisitos de la red. En las realizaciones, la capacidad de potencia activa se limita para cumplir con los requisitos de la red, pero se optimiza para proporcionar la maxima potencia activa permisible basandose en los requisitos de la red y la capacidad de potencia reactiva.
El modulo de limitacion 264 puede incluir un modulo de capacidad de Q 266, que puede configurarse para compilar la capacidad de potencia reactiva de la planta de generacion eolica. Dicha capacidad de potencia reactiva puede tener en cuenta la capacidad de generacion de potencia reactiva de los generadores de turbina eolica 120 asf como la capacidad de potencia reactiva del equipo de compensacion de la planta 170. De acuerdo con ciertas realizaciones, cuando se detecta un fallo en el equipo de compensacion de la planta 170, el modulo de disponibilidad de Q 274 reduce la capacidad de potencia reactiva del equipo de compensacion de la planta, y proporciona dicho valor de capacidad reducida al modulo de limitacion 264 y al modulo de capacidad de Q 266 para procesamiento adicional.
En la compilacion y ajuste hacia abajo de una capacidad de potencia reactiva de la planta de generacion eolica, el modulo de capacidad de Q 266 identifica la cantidad de potencia reactiva que la planta de generacion eolica puede proporcionar cuando se requiere. El valor de la capacidad de potencia reactiva se proporciona posteriormente a un modulo de determinacion de P 268, que puede configurarse para deducir una cantidad de potencia activa a ser limitada. El modulo de determinacion de P 268 determina la cantidad de potencia activa a ser limitada a partir de la potencia nominal de la planta de generacion eolica 100 y deduce asf una capacidad de potencia activa reducida de la planta de generacion eolica 100.
En diversas realizaciones, se lleva a cabo una comparacion de referencia en la determinacion de la cantidad optimizada de potencia activa a ser generada por la planta de generacion eolica, con respecto a la capacidad de potencia reactiva requerida. De acuerdo con diversas realizaciones, el modulo de limitacion 264 puede incluir un modulo de tabla de busqueda (TdB) 269, siendo capaz el modulo de TdB 269 de ser manejado como parte del modulo de determinacion de P 268. En las realizaciones, el modulo de TdB 269 puede proporcionar la capacidad de potencia activa reducida de la planta de generacion eolica optimizada dentro de los requisitos de normativa de la red con respecto a la capacidad de potencia reactiva. Se senala que con el metodo de estrategia de retrocesion de acuerdo
con las presentes realizaciones, la planta de generacion eolica es capaz de una operacion continua dentro de los requisitos de la normativa de la red, sin ninguna costosa actualizacion del hardware.
Se senala que los valores para comparacion dentro del modulo de TdB 269 se calculan globalmente y se extraen basandose en unos estudios del sistema de generacion con ingeniena global y completa que pueden llevarse a cabo previamente a la instalacion o puesta en servicio de la planta de generacion eolica. Dichos estudios de ingeniena se generan basandose en una pluralidad de parametros de la planta de generacion eolica, con respecto a los requisitos de la normativa de la red asociada, y requieren una considerable potencia de procesamiento y tiempo de calculo para compilar. Puede senalarse que dichos estudios para determinar los valores de la TdB que conducen al cumplimiento con los requisitos de la normativa de la red se optimizan al mismo tiempo respecto a produccion bajo los mismos requisitos. Unos valores de TdB predeterminados liberan al PPC de tener que llevar a cabo un calculo simultaneo de la capacidad de potencia activa reducida basandose en la capacidad de potencia reactiva, lo que podna requerir una poderosa capacidad de procesamiento, asf como llevar un tiempo relativamente largo para finalizar dichos calculos complejos dado que dichos calculos tienen en cuenta condiciones del emplazamiento y parametros de la instalacion. En tal caso, la utilizacion de una tabla de busqueda proporciona un retorno rapido y suficientemente preciso de la capacidad de potencia activa reducida, en comparacion con el calculo de la capacidad de potencia activa reducida. A pesar de todo, en diversas realizaciones, el modulo de determinacion de P puede incluir un modulo de calculo para proporcionar una capacidad de potencia activa reducida basandose en la capacidad de potencia reactiva.
De acuerdo con diversas realizaciones, el modulo de TdB 269 puede incluir una tabla para comparacion entre una capacidad de potencia reactiva y una capacidad de potencia activa utilizada. En las realizaciones, la tabla puede proporcionar una comparacion entre el numero de modulos compensadores disponibles y la maxima potencia activa bajo el cumplimiento del de la normativa de la red. En una realizacion ejemplificada, la planta de generacion eolica puede evaluarse en 83 MW a plena capacidad, e incluir equipo de compensacion de potencia en la forma de tres bancos de condensadores de 6, 6 y 6,5 MVAr respectivamente. Dicha planta de generacion eolica se ajusta para una operacion optimizada a plena capacidad dentro de los requisitos de normativa de la red. En una realizacion, puede proporcionarse la tabla 1 que sigue en el modulo de TdB 269 para la determinacion de la potencia activa.
Tabla 1
A partir de la tabla, puede observarse que cada vez que un modulo compensador o un banco de condensadores falla y se retira de la operacion, la cantidad de potencia activa que puede proporcionar la turbina eolica a la red se reduce correspondientemente. La tabla se proporciona para diversas combinaciones de disponibilidad de bancos de condensadores del compensador. Puede observarse que la tabla anterior es representativa de parametros implicados en dicha estrategia de retrocesion, y que pueden utilizarse en su lugar otros parametros que indican la capacidad de potencia reactiva y la capacidad de potencia activa. De acuerdo con diversas realizaciones, los algoritmos de control basados en simulaciones de diseno de ingeniena previamente determinados pueden usarse en lugar de una TdB, en la determinacion de una cantidad optimizada de potencia activa a ser generada por la planta de generacion eolica.
Una vez determinados, el valor de la capacidad de potencia reactiva y el valor de la capacidad de potencia activa optimizada se proporcionan al modulo de control de Qref 254 y al modulo de control de Pref 260 para procesamiento adicional y retransmision de los puntos de consigna de control de potencia a los generadores de turbina eolica 120 y al equipo de compensacion de potencia 170 en consecuencia. De acuerdo con diversas realizaciones, el controlador de Pref 260 puede incluir un modulo de limitacion de potencia, configurado para limitar la potencia producida por la planta de generacion eolica, de acuerdo con el valor de potencia activa optimizada recibido del modulo de limitacion 264.
En diversas realizaciones, el PPC 250 es capaz de optimizar la cantidad de potencia activa que debena producir la planta de generacion eolica, basandose en el modulo de TdB 269, para satisfacer la normativa de la red en todo momento en el caso de un fallo en el equipo de compensacion de la planta. La capacidad de potencia activa puede revisarse con un tiempo de muestreo de 1 segundo con supervision de la senal de comunicacion. Ademas, si hay un fallo de senal de comunicacion con el modulo compensador, se identifica el modulo compensador, y puede revisarse la capacidad de potencia activa con el modulo de determinacion de P 268.
En las realizaciones, el PPC 150 puede medir tambien la inyeccion de potencia reactiva total en la barra del bus de distribucion de la planta 130 o en el terminal de BT del transformador principal 142 para hallar si el banco de condensadores con el que no hay comunicacion esta conectado o desconectado. El PPC 150 puede activar una alarma o revisar la Qref si el banco de condensadores esta conectado y si ese no es el estado pretendido y viceversa.
La FIG. 4A ilustra un grafico PQ de una planta de generacion eolica con capacidad de potencia reactiva instalada plenamente operativa. De acuerdo con un ejemplo representativo, se proporciona una planta de generacion eolica con una potencia de capacidad nominal de 83 MW. El grafico 400 incluye una indicacion de un requisito PQ de la red o requisito de factor de potencia 410, en el que puede observarse, requiere que la planta de generacion eolica proporcione una capacidad de generacion de potencia reactiva de aproximadamente 27 MVAr cuando la planta de generacion eolica esta generando a la produccion de potencia activa nominal de 83 MW. La capacidad de generacion de potencia reactiva puede proporcionarse por los generadores de turbina eolica en la planta, suplementados por el equipo de compensacion de potencia. En las realizaciones, los bancos de condensadores pueden proporcionar hasta una compensacion de 18,5 MVAr cuando se requiere.
Las curvas 422, 424, 426 se refieren a la capacidad de potencia reactiva de la planta de generacion eolica de acuerdo con el ejemplo representativo, correspondiente a una tension de red de 0,9, 1,0 y 1,1 por unidad respectivamente. Puede observarse que la capacidad de potencia reactiva de la planta de generacion eolica cumple con el requisito de la red 410 en cada punto de generacion de la potencia activa. La provision del equipo de compensacion de potencia proporciona un desplazamiento positivo y suplemento a la capacidad de potencia reactiva real de la planta de generacion eolica.
La FIG. 4B ilustra un grafico PQ de la planta de generacion eolica de la FIG. 4A con capacidad de potencia reactiva reducida. En el grafico 450, se proporciona similarmente el requisito PQ de la red 410, para la planta de generacion eolica con capacidad 83 MW. En dicho ejemplo representativo, uno de los modulos compensadores, se considera que un banco de condensadores con capacidad de 6,5 MVAr esta defectuoso y por ello no operativo. La capacidad de potencia reactiva del equipo de compensacion de potencia esta asf en 12 MVAr. Las curvas 462, 464, 466 muestran la capacidad de potencia reactiva de la planta de generacion eolica de acuerdo con el ejemplo representativo, correspondiente a una tension de red de 0,9, 1,0 y 1,1 por unidad respectivamente. Puede observarse a partir de la lmea de referencia 470 que cuando la planta de generacion eolica funciona a capacidad nominal, es decir 83 MW, el requisito del factor de potencia de la normativa de la red no puede satisfacerse.
La lmea de referencia 472 indica una interseccion de la curva 462, que establece la capacidad de potencia reactiva de la planta con una tension de red de 0,9 por unidad, y requisito de la red 410. Puede observarse que la lmea de referencia indica la cantidad maxima u optimizada de potencia activa que la planta puede generar y proporcionar a la red electrica, mientras funciona en cumplimiento con los requisitos de la red. La cantidad de limitacion, AP, puede observarse que es la diferencia entre los valores de potencia activa de las lmeas de referencia 470 y 472. Esta es la cantidad de potencia activa a reducir por la planta de generacion eolica en respuesta a la perdida del equipo de compensacion de potencia. Ademas, dicha cantidad de limitacion puede considerarse que es una cantidad de limitacion optima. Dicha cantidad de limitacion puede basarse en la potencia reactiva adicional requerida debido a la no disponibilidad del equipo de compensacion de potencia.
De acuerdo con diversas realizaciones, cuando se lleva a cabo dicho metodo de estrategia de retrocesion de acuerdo con la presente divulgacion, la planta de generacion eolica 100 puede soportar actividades de regulacion de la frecuencia de la red. Actualmente, los operadores de la red electrica incluyen a veces reservas giratorias para soportar fluctuaciones de frecuencia y restaurar la frecuencia de operacion. Generalmente, se incrementa la potencia activa y se proporciona a la red electrica para dar soporte a la restitucion de la frecuencia. Al llevar a cabo dicha estrategia de retrocesion como se ha descrito, una planta de generacion eolica puede de ese modo mantener una forma de reserva giratoria, que el operador de la planta puede poner a disposicion de la red electrica.
La planta de generacion eolica puede considerar la cantidad limitada de potencia activa, debido al cumplimiento con la normativa de la red en capacidad de potencia reactiva reducida, como una forma de reserva para provision a la red electrica. En una situacion de fluctuacion de frecuencia, se requiere toda la potencia activa de los equipos de generacion de potencia acoplados a la red electrica. De ese modo, el requisito de factor de potencia de la normativa de la red queda temporalmente insignificante. Despues de que se restaure la frecuencia de la red, la planta de generacion eolica puede volver a la operacion con nivel de generacion de potencia nominal reducida.
La FIG. 5 ilustra un metodo 500 para la operacion de una planta de generacion eolica de acuerdo con una realizacion. En una realizacion, el metodo es un metodo para el control de la generacion de potencia de la planta de generacion eolica. La planta de generacion eolica puede incluir un controlador de la planta de generacion para el control de una pluralidad de generadores de turbina eolica en la planta de generacion eolica. En 510, el metodo incluye la supervision de un estado operativo de un equipo de compensacion de la planta. En 520, el metodo incluye ajustar una capacidad de potencia reactiva de la planta cuando el estado operativo del equipo de compensacion de la planta indica un fallo en el equipo de compensacion de la planta. En 530, el metodo incluye controlar la planta de generacion eolica para limitar la potencia activa generada por la planta de generacion eolica mediante una limitacion de la cantidad determinada basandose en la capacidad de potencia reactiva de la planta ajustada.
Al proporcionar dicho metodo para el control de una capacidad de potencia activa de la planta de generacion eolica, se proporciona una planta de generacion eolica con una capacidad de adherirse a los requisitos de factor de potencia de la normativa de la red. Dicho metodo para el control de la generacion de potencia activa de la planta de generacion eolica permite que la planta de generacion eolica satisfaga los requisitos de potencia reactiva o factor de potencia
dispuestos por la normativa de la red aplicable en caso de que el modulo de compensacion reactiva tal como bancos de condensadores o STATCOM esten temporalmente inhabilitados debido a defectos o mantenimiento, etc. De modo que se consigue una capacidad incluso en el caso de falta en uno o mas componentes del equipo de compensacion de potencia. Con dicho ajuste dinamico en el control de la capacidad de potencia activa, la planta de generacion eolica no necesita desconectarse de la red electrica hasta que el equipo defectuoso pueda repararse o sustituirse, ni estar sometida a penalizaciones por no cumplimiento con los requisitos de la normativa de la red.
Con este metodo, el reajuste de la capacidad de la planta puede ajustarse tambien dinamicamente basandose en la capacidad de potencia reactiva de la planta de generacion eolica. Ventajosamente, el cumplimiento con los requisitos de normativa de la red puede llevarse a cabo mediante mejoras de software o firmware, y sin costosos cambios reales en el equipo o hardware.
En una realizacion, el metodo incluye ademas optimizar la potencia activa generada por la planta de generacion eolica basandose en los requisitos de la normativa de la red. En una realizacion, el metodo incluye ademas optimizar la potencia activa generada por la planta de generacion eolica basandose en la potencia reactiva adicional requerida debido a la no disponibilidad del equipo de compensacion de la planta.
En una realizacion, el metodo incluye ademas comparar la capacidad de potencia reactiva de la planta con los requisitos de normativa de la red para optimizar la potencia activa generada por la planta de generacion eolica. La optimizacion de la potencia activa puede incluir la optimizacion de la limitacion de la potencia activa generada.
En una realizacion, el metodo incluye ademas obtener la cantidad de limitacion a partir de una comparacion en la tabla de busqueda.
En una realizacion, los valores de la cantidad de limitacion en la tabla de busqueda estan predeterminados mediante un estudio del sistema de potencia.
En una realizacion, la supervision de un estado operativo del equipo de compensacion de la planta incluye cualquiera de supervision de la capacidad operativa del equipo de compensacion de la planta y supervision de la comunicacion entre el equipo de compensacion de la planta y el controlador de la planta de generacion.
En una realizacion, el metodo incluye ademas una tasa de muestreo de aproximadamente 1 segundo en la supervision del estado operativo del equipo de compensacion de la planta.
En una realizacion, el metodo incluye ademas supervisar la frecuencia de la red respecto a una cafda en la frecuencia de la red;
En una realizacion, el metodo incluye ademas controlar la planta de generacion eolica para maximizar la produccion de potencia activa, incluyendo el uso de la cantidad de limitacion, para dar soporte a la recuperacion de la frecuencia de la red.
En una realizacion, el metodo incluye ademas asignar la cantidad de limitacion a un operador de red de la red electrica como reserva giratoria para soporte de una cafda de frecuencia de la red.
La FIG. 6 ilustra una planta de generacion eolica de acuerdo con una realizacion. Se proporciona una planta de generacion eolica 600. En una realizacion, la planta de generacion eolica se configura para llevar a cabo el metodo anteriormente descrito para el control de una planta de generacion eolica. En una realizacion, la planta de generacion eolica se configura para llevar a cabo un metodo para el control de la generacion de potencia activa de la planta de generacion eolica. La planta de generacion eolica 600 incluye una pluralidad de generadores de turbina eolica 610. La planta de generacion eolica 600 incluye tambien un equipo de compensacion de la planta 620, que puede incluir una pluralidad de modulos de compensacion 622. La planta de generacion eolica incluye tambien un controlador de la planta de generacion 630. De acuerdo con una realizacion, se configura el controlador de la planta de generacion 630 para controlar la pluralidad de generadores de turbina eolica 610. Ademas, el controlador de la planta de generacion 630 puede incluir un modulo de supervision 632 configurado para supervisar un estado operativo del equipo de compensacion de la planta. El controlador de la planta de generacion 630 puede incluir un modulo de capacidad de potencia reactiva 634 configurado para ajustar una capacidad de potencia reactiva de la planta cuando el estado operativo del equipo de compensacion de la planta indica un fallo en el equipo de compensacion de la planta. Ademas, el controlador de la planta de generacion 630 puede incluir un modulo de limitacion 636 configurado para controlar la planta de generacion eolica para limitar la potencia activa generada por la planta de generacion eolica mediante una cantidad de limitacion determinada basandose en la capacidad de potencia reactiva de planta ajustada.
En una realizacion, el controlador de la planta de generacion se configura para optimizar la potencia activa generada por la planta de generacion eolica basandose en un requisito de la normativa de la red.
En una realizacion, el controlador de la planta de generacion se configura para comparar la capacidad de potencia reactiva de la planta con los requisitos de la normativa de la red para optimizar la potencia activa generada por la
planta de generacion eolica.
En una realizacion, el controlador de la planta de generacion se configura para obtener la cantidad de limitacion a partir de una comparacion en tabla de busqueda.
En una realizacion, los valores de la cantidad de limitacion en la tabla de busqueda estan predeterminados mediante un estudio del sistema de potencia.
En una realizacion, el controlador de la planta de generacion se configura para supervisar la capacidad operativa del equipo de compensacion de la planta y supervisar la comunicacion entre el equipo de compensacion de la planta y el controlador de la planta de generacion.
En una realizacion, el controlador de la planta de generacion incluye una tasa de muestreo de aproximadamente 1 segundo en la supervision del estado operativo del equipo de compensacion de la planta.
En una realizacion, el controlador de la planta de generacion se configura para supervisar la frecuencia de la red respecto a una cafda en la frecuencia de la red.
En una realizacion, el controlador de la planta de generacion se configura para controlar la planta de generacion eolica para maximizar la produccion de potencia activa, incluyendo el uso de la cantidad de limitacion, para dar soporte a la recuperacion de la frecuencia de la red.
En una realizacion, el controlador de la planta de generacion se configura para la potencia activa generada por un generador de turbina eolica funcionando por encima de la asignacion de la cantidad de limitacion a un operador de red de la red electrica como reserva giratoria para soporte de una red.
En una realizacion, los modulos de compensacion pueden incluir uno cualquiera de entre un modulo de condensadores, un modulo STATCOM, un modulo SVC, o un modulo de inductores.
En una realizacion, el acoplamiento de comunicacion de datos entre el controlador de la planta de generacion y los modulos de compensacion.
En una realizacion, el acoplamiento de comunicacion de datos se proporciona entre el controlador de la planta de generacion y cada uno de los modulos de compensacion.
De acuerdo con diversas realizaciones, se proporciona un producto de programa informatico que puede cargarse directamente dentro de la memoria interna de al menos un ordenador digital proporcionado en una planta de generacion eolica, incluyendo porciones de codigo de software para la realizacion de las etapas del metodo de acuerdo con una realizacion de la presente divulgacion cuando el producto de programa informatico se ejecuta en al menos un ordenador digital.
En diversas realizaciones, un controlador para llevar a cabo una funcion operativa en la planta de generacion eolica, que incluye por ejemplo, pero sin limitacion, un controlador de la planta, un controlador de la planta de generacion, un controlador SCADa , un controlador de compensacion, un controlador de turbina eolica, un controlador de potencia de la turbina eolica, o un controlador de la corriente reactiva, incluye un ordenador digital configurado para recibir un producto de programa informatico. En las realizaciones, los ordenadores digitales proporcionados en la planta de generacion eolica se sincronizan y funcionan cooperativamente como parte de un sistema global.
El aparato, metodos y/o sistema anterior tal como se describe e ilustra en las figuras correspondientes, no se pretende que limite uno o cualquier aparato, metodo o sistema de acuerdo con una realizacion, ni el alcance de la presente divulgacion. La descripcion adicional incluye, tanto explfcita como implfcitamente, diversas caractensticas y ventajas del metodo o sistema de acuerdo con la presente divulgacion, que pueden englobarse dentro de un aparato, metodo o sistema de acuerdo con la divulgacion.
Aunque se han mostrado y descrito particularmente realizaciones de la divulgacion con referencia a realizaciones espedficas, los expertos en la materia entenderan que pueden hacerse varios cambios en la forma y detalle de las mismas sin desviarse del alcance de la invencion, tal como se define en las reivindicaciones adjuntas.
Claims (15)
1. Un metodo para el control de la generacion de potencia activa de una planta de generacion eolica (100, 600) acoplada a una red electrica, comprendiendo la planta de generacion eolica (100, 600) un controlador de la planta de generacion (150, 630) para el control de una pluralidad de generadores de turbina eolica (120, 610), estando el metodo caracterizado por las etapas de:
supervisar un estado operativo de un equipo de compensacion de la planta (170, 620);
ajustar una capacidad de potencia reactiva de la planta cuando el estado operativo del equipo de compensacion de la planta (170, 620) indica un fallo en el equipo de compensacion de la planta (170, 620);
controlar la planta de generacion eolica (100, 600) para limitar la potencia activa generada por la planta de generacion eolica (100, 600) mediante una cantidad de limitacion determinada basandose en la capacidad de potencia reactiva de la planta ajustada.
2. El metodo segun la reivindicacion 1, que comprende ademas optimizar la potencia activa generada por la planta de generacion eolica (100, 600) basandose en los requisitos de la normativa de la red.
3. El metodo segun la reivindicacion 2, que comprende ademas comparar la capacidad de potencia reactiva de la planta con los requisitos de normativa de la red para optimizar la potencia activa generada por la planta de generacion eolica (100, 600).
4. El metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende ademas obtener la cantidad de limitacion a partir de una comparacion en la tabla de busqueda.
5. El metodo segun la reivindicacion 4, en el que los valores de la cantidad de limitacion en la tabla de busqueda estan predeterminados mediante un estudio del sistema de potencia.
6. El metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la supervision de un estado operativo del equipo de compensacion de la planta (170, 620) comprende cualquiera de supervision de la capacidad operativa del equipo de compensacion de la planta (170, 620) y supervision de la comunicacion entre el equipo de compensacion de la planta (170, 620) y el controlador de la planta de generacion (150, 630).
7. El metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende ademas una tasa de muestreo de aproximadamente 1 segundo en la supervision del estado operativo del equipo de compensacion de la planta (150, 630).
8. El metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende adicionalmente:
supervisar la frecuencia de la red respecto a una cafda en la frecuencia de la red;
controlar la planta de generacion eolica (100, 600) para maximizar la produccion de potencia activa, incluyendo el uso de la cantidad de limitacion, para dar soporte a la recuperacion de la frecuencia de la red.
9. El metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende ademas asignar la cantidad de limitacion a un operador de red de la red electrica como reserva giratoria para soporte de una cafda de frecuencia de la red.
10. Una planta de generacion eolica (100, 600), que comprende
una pluralidad de generadores de turbina eolica (120, 610);
equipo de compensacion de la planta (170, 620) que comprende una pluralidad de modulos de compensacion (178, 622); y
un controlador de la planta de generacion (150, 630), configurado para controlar la pluralidad de generadores de turbina eolica (120, 610), caracterizado por que comprende ademas:
un modulo de supervision (632) configurado para supervisar un estado operativo del equipo de compensacion de la planta (170, 620);
un modulo de capacidad de potencia reactiva (634) configurado para ajustar una capacidad de potencia reactiva de la planta cuando el estado operativo del equipo de compensacion de la planta (170, 620) indica un fallo en el equipo de compensacion de la planta;
un modulo de limitacion (264) configurado para controlar la planta de generacion eolica (100, 600) para limitar una potencia activa generada por la planta de generacion eolica mediante una cantidad de limitacion determinada basandose en la capacidad de potencia reactiva de la planta ajustada.
11. La planta de generacion eolica de la reivindicacion 10, configurada para llevar a cabo el metodo de operacion de una planta de generacion eolica (100, 600) de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9.
12. La planta de generacion eolica de la reivindicacion 10 u 11, en el que los modulos de compensacion (178, 622) pueden comprender uno cualquiera de entre un modulo de condensadores, un modulo STATCOM, un modulo SVC, o un modulo de inductores.
13. La planta de generacion eolica de una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, que comprende ademas un acoplamiento de comunicacion de datos entre el controlador de la planta de generacion (150, 620) y los modulos de compensacion (178, 622).
14. La planta de generacion eolica de la reivindicacion 13, en la que el acoplamiento de comunicacion de datos se proporciona entre el controlador de la planta de generacion (150, 630) y cada uno de los modulos de compensacion (178, 622).
15. Un producto de programa informatico que puede cargarse directamente dentro de una memoria interna de al menos un ordenador digital proporcionado en una planta de generacion eolica, que comprende porciones de codigo de software para la realizacion de las etapas del metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 cuando el producto de programa informatico se ejecuta en el al menos un ordenador digital.
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