ES2710528T3

ES2710528T3 - Aerogeneradores con puesta a disposición de una reserva de potencia mejorada

Info

Publication number: ES2710528T3
Application number: ES14706852T
Authority: ES
Inventors: Jens Geisler; Stefan Schrader; Roman Bluhm; Marc Petsche
Original assignee: Senvion GmbH
Current assignee: Senvion GmbH
Priority date: 2013-03-01
Filing date: 2014-02-27
Publication date: 2019-04-25
Anticipated expiration: 2034-02-27
Also published as: EP2961981A1; WO2014131831A1; EP2961981B1; DE102013203540A1; DK2961981T3

Abstract

Procedimiento para la puesta a disposición de una reserva de potencia durante el funcionamiento de aerogeneradores (1, 1', 1'') que presentan un generador (14) accionado por un rotor eólico (11) para el suministro de energía eléctrica, así como un controlador (2) que presenta una primera curva característica (36) para una relación entre el índice de marcha rápida del rotor eólico (11) y el ángulo de pala de sus palas de rotor (12), así como una entrada (30) para una reducción de potencia deseada, con los pasos - implementación de una segunda curva característica (37) con ángulos de pala diferentes para un funcionamiento subóptimo, de manera que se alcance una reducción de potencia predeterminada, y - uso de la segunda curva característica (37) para el controlador (2) si se pretende poner a disposición la potencia de reserva (funcionamiento de puesta a disposición), caracterizado por que - en caso de demanda de potencia de reserva (funcionamiento activo) se calcula el ángulo de pala mediante una mezcla de la segunda curva característica (37) y de la primera curva característica (36), concretamente por medio de un módulo de mezcla (4), - llevándose a cabo la mezcla mediante una fusión entre los dos valores para los ángulos de pala de manera que los valores calculados para los ángulos de pala se ponderen de forma no lineal entre sí, dependiendo la ponderación no linealmente de la potencia de reserva requerida.

Description

DESCRIPCION

Aerogeneradores con puesta a disposicion de una reserva de potencia mejorada

La invencion se refiere a un aerogenerador y a un procedimiento para la puesta a disposicion de una reserva de potencia. Un aerogenerador accionado por un rotor eolico suministra energfa electrica. Su funcionamiento es controlado por un controlador que presenta una entrada para una reduccion de potencia deseada.

Con la cada vez mayor importancia de los aerogeneradores en la generacion de energfa electrica en una red electrica tambien aumentan los requisitos que se plantean a los aerogeneradores para proporcionar servicios de sistema para la red electrica. Ademas de proporcionar potencia reactiva, estos servicios de sistema tambien incluyen la puesta a disposicion de potencia de reserva, a fin de poder aportar energfa adicional a la red a corto plazo a demanda del operador de la red. En el caso de los aerogeneradores existen dos dificultades especiales. Por lo general, los aerogeneradores ya funcionan de manera que generan la maxima energfa posible a partir del viento disponible. Por otra parte, la generacion de energfa del aerogenerador depende de la fuerza aleatoria del viento, por lo que no se puede modificar ni aumentar de forma espedfica. La dependencia de la fuerza del viento tiene un efecto especial en el funcionamiento de carga parcial del aerogenerador, ya que en este caso todo el viento disponible ya se transforma en energfa electrica, no siendo posible un aumento con unas condiciones de viento sin cambios.

Por el contrario, en el funcionamiento a plena carga, sopla un viento suficientemente fuerte, lo que en su caso permitina mas potencia, pero el aerogenerador ya suministra su potencia nominal y, por este motivo, no puede aumentar la potencia de salida.

Sin embargo, ya se conocen diversos enfoques para utilizar aerogeneradores que tambien proporcionen energfa de reserva adicional. Un primer enfoque consiste en utilizar la energfa cinetica almacenada en el rotor eolico y en la pieza giratoria del ramal de accionamiento para proporcionar la asf llamada potencia de control con efectos a muy corto plazo. En concreto, el rotor se ralentiza de manera que la energfa cinetica que se libera pueda suministrarse como energfa electrica adicional (WO 2005/025026 A1). No obstante, este concepto solo funciona para la puesta a disposicion de energfa adicional a muy corto plazo, dado que el rotor eolico pierde rapidamente velocidad y, como consecuencia, el aerogenerador suministra menos energfa que antes.

Ademas se conoce la posibilidad de mejorar los aerogeneradores para el suministro permanente de energfa adicional funcionando de un modo normal con un ajuste suboptimo (Prillwitz, F. et al.: Primarregelung mit Windkraftanlagen, ITG-Workshop "Neue dezentrale Versorgungsstrukturen", febrero 2003, Frankfurt/Meno). Por ejemplo, se propone dotar el angulo de pala de un offset, de manera que quede el valor optimo, especialmente en el funcionamiento con carga parcial en el que el aerogenerador funciona convencionalmente con un angulo de pala optimo para la generacion de una potencia maxima. De este modo, el aerogenerador genera menos energfa de la que podna generar con las condiciones de viento existentes (funcionamiento reducido). Si, en caso necesario, es preciso emitir una potencia de reserva adicional, se reduce el offset y se ajusta el angulo de pala a su valor optimo. Este concepto ofrece la ventaja de que, en principio, esta permanentemente en funcionamiento continuo y, por lo tanto, los aerogeneradores pueden proporcionar una potencia de reserva continua. Una extension de este concepto consiste en la implementacion de una curva caractenstica propia para las distintas potencias de reserva previstas (DE 102011 081 795 A1). Sin embargo, el concepto descrito no proporciona ninguna indicacion de como puede disenarse favorablemente el comportamiento de transicion entre el funcionamiento reducido y el funcionamiento no reducido y que es importante para un funcionamiento estable.

En el documento WO 2010/000648 A2 se describe otro concepto para la puesta a disposicion permanente de potencia de reserva mediante un angulo de pala suboptimo. La potencia de salida del aerogenerador se puede limitar en un valor seleccionable. En el caso del valor seleccionable se puede tratar de un valor de potencia fijo o de un porcentaje. El documento no trata el aspecto de la mejora del comportamiento de transicion. Si se debe determinar un angulo de paso para la reduccion espedfica de la potencia de salida partiendo de un suministro de energfa determinado en tiempo de ejecucion, el primer problema consiste en determinar el suministro de energfa con la suficiente precision. Ademas, el "angulo de paso de reduccion" asf determinado vana en el mejor de los casos de forma continua. Sin embargo, de este modo resultana una actividad continua del actuador de paso. Como consecuencia resulta un desgaste considerablemente mayor del actuador de paso. Se conoce otro ejemplo del estado de la tecnica por el documento EP2270332.

Partiendo de este ultimo estado de la tecnica citado, la invencion se basa en la tarea de proponer un aerogenerador y un procedimiento para su funcionamiento que logre una mejora de la puesta a disposicion de potencia de reserva, en especial con respecto a una proteccion del aerogenerador.

La tarea se resuelve segun la invencion con las caractensticas de las reivindicaciones independientes. Los perfeccionamientos ventajosos son objeto de las reivindicaciones dependientes.

Se preve un procedimiento para la puesta a disposicion de una reserva de potencia durante el funcionamiento de aerogeneradores que presentan un generador accionado por un rotor eolico para el suministro de energfa electrica, asf como un controlador que presenta una primera curva caractenstica para una relacion entre el mdice de marcha rapida del rotor eolico y el angulo de pala de las palas de rotor, as ^ como una entrada para una reduccion de potencia deseada, previendose para el angulo de pala, segun la invencion, una implementacion de una segunda curva caractenstica con valores diferentes para un funcionamiento suboptimo, de manera que se alcance una reduccion de potencia predeterminada, previendose un uso de la segunda caractenstica para el controlador si se pretende poner a disposicion la potencia de reserva (funcionamiento de puesta a disposicion), y previendose un calculo del angulo de paso mediante una mezcla de la primera curva caractenstica y de la segunda curva caractenstica en caso de demanda de potencia de reserva (funcionamiento activo). En este caso, la fusion se lleva a cabo de manera que los valores calculados mediante las dos curvas caractensticas se ponderen de forma no lineal entre sf, dependiendo la ponderacion no linealmente de la potencia de reserva requerida.

Asf se consiguen ventajas que van mucho mas alla de una simple fusion gradual. Esto se debe a que la dependencia no lineal de la ponderacion de la potencia de reserva requerida tiene en cuenta el hecho de que el coeficiente de potencia del rotor tambien depende no linealmente del angulo de pala. Preferiblemente, la relacion entre la potencia de reserva y la ponderacion debena ser lo mas inversa posible a la relacion entre el angulo de pala y la potencia del rotor. Por lo tanto, es posible incluso aproximarse a cualquier punto del campo caractenstico no lineal de la potencia del rotor utilizando solo dos curvas caractensticas y una funcion de ponderacion. La invencion tambien conlleva ventajas con respecto a una reduccion del espacio de almacenamiento necesario y al tiempo de calculo. Ademas esto se puede combinar con una rapida puesta a disposicion de potencia de reserva.

Este procedimiento se basa en la idea de disenar optimamente el aerogenerador para el funcionamiento de reserva por medio de la segunda curva caractenstica y mejorar aun mas el comportamiento de transicion entre un funcionamiento reducido y un funcionamiento no reducido por medio de una mezcla especial de curvas caractensticas, a fin de garantizar un funcionamiento cuidadoso con el material del aerogenerador. De este modo, en la configuracion de la segunda curva caractenstica no es necesario tener en cuenta el comportamiento de transicion, ya que solo se puede optimizar para el funcionamiento continuo. Para un comportamiento de transicion uniforme, por ejemplo, en el caso del requisito de potencia de reserva en el rango activo, la invencion preve una mezcla de ambas curvas caractensticas. Asf es posible lograr una transicion gradual, con lo que resulta una fusion armoniosa y continua.

El mejor comportamiento de transicion da lugar a un funcionamiento mas silencioso, con lo que tambien puede resultar una reduccion de la actividad de paso, especialmente durante la transicion del funcionamiento reducido al funcionamiento no reducido. El funcionamiento mas suave para el ramal de accionamiento en virtud del comportamiento de transicion mejorado resulta especialmente ventajoso para las centrales de alto rendimiento como las previstas normalmente en alta mar. Por una parte, estas centrales son propensas a cargas parasitarias adicionales debido a su alto rendimiento, y por otra parte, estas centrales suelen ser diffciles de mantener a causa de su diffcil acceso. Por este motivo, precisamente para estas centrales resulta de especial importancia una proteccion gracias al comportamiento mejorado segun la invencion.

Otra ventaja de la invencion consiste en que logra el efecto ventajoso con poco esfuerzo, no siendo necesarios en especial ningun hardware adicional ni modelos de computacion complicados de parametrizar. En la mayona de los casos es suficiente ampliar de forma correspondiente el control de programa existente. De este modo, la invencion tambien abre el camino para el reequipamiento de aerogeneradores mas antiguos ya existentes.

Una forma de realizacion especialmente conveniente para la fusion no lineal consiste en una funcion rafz, especialmente una funcion rafz cuadrada. Esto se explica con un ejemplo: si, por ejemplo, se requiere una puesta a disposicion del 50% de la potencia de reserva disponible, el angulo de paso a ajustar para ello se calcula a partir de la rafz cuadrada de 0,5 que corresponde a 0,707 veces la segunda curva caractenstica (funcionamiento de reserva) y del valor complementario de 1 - (rafz cuadrada de 0,5) que corresponde a 0,293 veces la primera curva caractenstica (funcionamiento no reducido).

El valor para la reduccion de potencia se puede transmitir como una proporcion, especialmente como un porcentaje de la potencia suministrada. De este modo se garantiza que la reserva de potencia se encuentre en una proporcion controlada y adecuada con respecto a la potencia eolica disponible del aerogenerador. Asf se contrarresta el riesgo de una sobrecarga mediante la especificacion de una reserva de potencia demasiado alta con unas condiciones de viento debil. Alternativamente, tambien se puede proporcionar un valor fijo para la reserva de potencia.

Convenientemente se preve ademas generar una reduccion de potencia deseada excesiva, entendiendose por "excesiva" un valor de al menos el 50% de la potencia nominal del aerogenerador. Asf es posible ajustar el aerogenerador mediante una reduccion de potencia correspondientemente excesiva, en especial en caso de una sobrefrecuencia.

En principio, la segunda curva caractenstica se determina en funcion de la magnitud de la reserva de potencia prevista. Esto se puede llevar a cabo de manera que se determine una curva caractenstica propia adicional para cada reserva de potencia ajustada. No obstante, resulta mas sencillo y perfectamente suficiente si solo se determina una curva caractenstica para una de las distintas reservas de potencia y se lleva a cabo de forma correspondiente una interpolacion para las demas reservas de potencia. Asf se puede reducir el esfuerzo en la posicion de la segunda curva caractenstica para el funcionamiento de reduccion, y aun asf, conseguir con el procedimiento segun la invencion, gracias a la fusion no lineal, un procedimiento de funcionamiento suficientemente tranquilo y un comportamiento de transicion armonioso.

Las curvas caracteiisticas se implementan preferiblemente en forma de tabla de consulta. Aqm, solo unos pocos puntos de muestreo pueden ser suficientes para reproducir la funcion de ponderacion no lineal prevista segun la invencion. Es posible realizar una interpolacion en su caso lineal entre los puntos de muestreo sin perder la relacion no lineal de la ponderacion en su conjunto. No obstante, tambien se puede prever un calculo directo de las funciones en lugar de la tabla de consulta.

El procedimiento preve ventajosamente que se aplique una senal para la demanda de potencia de reserva de una fuente externa, especialmente de un parque maestro. Asf es posible un control centralizado de la potencia de reserva. Esto resulta especialmente ventajoso para el funcionamiento de aerogeneradores en un parque eolico. Sin embargo, dado que tambien puede producirse un fallo de comunicacion, de manera que no se apliquen parametros externos para la potencia de reserva requerida, resulta preferible prever localmente un almacenamiento de valores. De este modo, el procedimiento puede continuar incluso si la comunicacion falla en base al ultimo valor. Convenientemente se almacenan varios de los valores anteriores, de manera que se pueda formar ventajosamente una senal de valor medio a partir de los mismos. Esto permite, en caso de un fallo de la comunicacion, un funcionamiento mas suave gracias al calculo de un promedio.

El sistema de control para el suministro de la potencia de reserva se puede realizar de forma centralizada, de manera que una senal correspondiente (como ya se ha mencionado) se aplique externamente al aerogenerador. Esto resulta particularmente ventajoso en caso de un funcionamiento del aerogenerador en un parque eolico. Precisamente con respecto a un parque eolico, se han obtenido buenos resultados cuando no todos los aerogeneradores del parque, sino solo una parte de los aerogeneradores en el parque estan preparados para el suministro de potencia de reserva.

Preferiblemente, al sistema de control se le aplica ademas un valor para una potencia maxima. En el caso de este valor puede tratarse, en especial, de una limitacion de potencia como la que se preestablece dentro del parque eolico. Convenientemente se tiene en cuenta una limitacion de potencia como esta adicionalmente a la reduccion para la reserva de potencia a mantener. En su caso, el valor teorico para la potencia resultante de la limitacion de potencia se compara con un valor teorico aplicado externamente, utilizandose el mmimo de ambos valores.

Alternativa o adicionalmente tambien se puede prever preestablecer externamente un valor maximo, en especial en la estacion de control de nivel superior o en la estacion de control de red. En este caso se trata especialmente de los asf llamados "valores teoricos de parque reducidos", preestableciendo la estacion externa (en especial la estacion de control de red) al parque un lfmite de potencia. La especificacion de una reserva de potencia no se ve afectada por ello, por lo que se puede consultar si es necesario. En este caso, el valor teorico para la potencia del parque se reduce adicionalmente en el valor para la reserva de potencia a mantener, de manera que, en caso necesario, se pueda aportar una potencia de reserva adicional. Por regla general, se mantiene la reduccion de potencia preestablecida externamente. No obstante, no hay que descartar que, en caso necesario, la reduccion de potencia externa pueda anularse para aumentar aun mas la potencia de reserva que debe ponerse a disposicion. En caso de una limitacion de potencia resulta aconsejable que solo una parte de los aerogeneradores del parque eolico funcionen a una potencia reducida correspondiente, preferiblemente los que ya estan en funcionamiento a plena carga. Asf se evita una carga innecesaria de los aerogeneradores que funcionan a carga parcial con esta funcion de control.

Preferiblemente se preve un modulo estatico que determina un valor para la reserva de potencia a mantener en base a una frecuencia de red. El punto de partida es un valor para la reserva de potencia a mantener con una frecuencia de red nominal. En caso de una subfrecuencia, este valor se reduce de forma continua si la frecuencia supera el lfmite inferior de una banda de tolerancia en la frecuencia de red nominal y, en concreto, hasta una reserva de potencia de cero. Por el contrario, en caso de una sobrefrecuencia, es decir, de una frecuencia por encima de un valor lfmite superior para la banda de tolerancia, la reserva de potencia a mantener aumenta considerablemente y, en concreto, hasta valores superiores al 50% de la potencia nominal de los aerogeneradores, a fin de lograr una reduccion efectiva de la potencia en caso de que se produzcan sobrefrecuencias. Si la frecuencia sigue aumentando a pesar de la considerable reduccion de la potencia, es conveniente desconectar el aerogenerador de la red.

La invencion incluye ademas un procedimiento para el funcionamiento de un parque eolico que comprende varios aerogeneradores como se ha descrito anteriormente. Se hace referencia a explicaciones mas detalladas o a la descripcion anterior.

La invencion tambien se refiere a un aerogenerador o a un parque eolico dotado de aerogeneradores correspondientes. En relacion con la explicacion mas detallada se hace referencia a la descripcion del procedimiento.

La invencion se explica a continuacion con mas detalle haciendose referencia al dibujo adjunto en el que se representa un ejemplo de realizacion ventajoso. Se muestra en la:

Figura 1 una vista esquematica de un aerogenerador segun un ejemplo de realizacion de la invencion;

Figura 2 una vista en bloque de un modulo de reduccion de potencia para el aerogenerador segun la figura 1;

Figura 3 una vista detallada de un modulo de fusion del modulo de reduccion de potencia segun la figura 2;

Figura 4 un diagrama con dos curvas caractensticas para el ajuste del paso;

Figura 5 un diagrama para la visualizacion del potencial de la reduccion de potencia; y

Figura 6 un diagrama que representa un caso practico de la reduccion de potencia.

Segun un ejemplo de realizacion de la invencion, un aerogenerador, que se identifica en su conjunto con el numero de referencia 1, comprende una torre 10, en cuyo extremo superior se dispone una gondola 13 de forma que pueda girar en direccion acimutal. En un lado frontal de la gondola 13 se preve de forma giratoria un rotor eolico 11 con varias palas de rotor 12 dispuestas en el mismo. A traves de un eje de rotor, dicho rotor eolico acciona un generador 14 con un convertidor 15 para la generacion de energfa electrica. En la gondola 13 se preve ademas un controlador 2 para el funcionamiento del aerogenerador 1. El aerogenerador 1 se dispone preferiblemente en un parque eolico con varios otros aerogeneradores de 1, 1', 1" que se conectan entre sf y a un parque maestro 5 a traves de una red interna del parque 9. En este caso, el aerogenerador individual 1 se conecta a traves de una potencia de conexion 19 a la red interna del parque 9. A traves de la misma se suministra la energfa electrica, asf como las senales de comunicacion desde y al aerogenerador 1 o al parque maestro 5.

El rotor eolico 11 presenta varias palas de rotor 12. Estas se disponen de forma regulable en un cubo del rotor eolico 11, de manera que se puedan ajustar con respecto a su angulo de pala 9. El ajuste se realiza girando las palas de rotor 12 sobre su eje longitudinal (representado en la figura 1 con una lmea discontinua) por medio de un sistema de paso 21.

El controlador 2 sirve para el funcionamiento del aerogenerador mediante parametros preestablecidos que se aplican directamente al aerogenerador 1 o que se conectan al aerogenerador 1 o al parque eolico por parte del parque maestro 5 o de una instancia superior, por ejemplo, un operador (no representado) de una red de transmision. Segun la invencion se preve para el controlador 2 una unidad de limitacion 3. Alternativamente a la disposicion descentralizada en el aerogenerador 1, la unidad de limitacion 3 tambien se puede prever en el parque maestro 5 (vease la representacion con una lmea discontinua de la unidad de limitacion 3').

Para la explicacion de la estructura y del funcionamiento de la unidad de limitacion 3 se hace referencia a la figura 2. Se preve un elemento de determinacion 31 que fija una reserva de potencia en base a parametros de entrada determinados. En el ejemplo de realizacion representado, la determinacion de la reserva se realiza en funcion de una frecuencia de red en la red 9. En este caso se aplica un valor para la frecuencia realmente reinante en la red 9 como parametro fi y un valor para la frecuencia nominal fN como parametro de referencia. Ademas se aplica un valor para una reserva de potencia a poner a disposicion en la frecuencia nominal fN (valor de reduccion Ro). En el ejemplo de realizacion representado, esto se lleva a cabo como una tabla de consulta. Esta comprende varias modalidades que se caracterizan por sus respectivos valores de referencia. Un primer modo consiste en una reduccion lineal hasta un valor de reduccion Ro, comenzando con un valor de frecuencia claramente inferior a la frecuencia nominal fN (punto de muestreo A), y todavfa sin ningun tipo de reduccion, es decir, a plena potencia (punto de muestreo A), disminuyendo a un valor de reduccion Ro que se puede ajustar previamente y que se alcanza con una subfrecuencia reducida (punto de muestreo B). El punto de muestreo B marca el lfmite inferior de una banda de tolerancia que se extiende hasta un valor de frecuencia ligeramente superior a la frecuencia nominal fN con un grado de reduccion constante (punto de muestreo C). En caso de frecuencias mas altas se inicia un rango de sobrefrecuencia en el que el aerogenerador 1 reduce aun mas la potencia de salida hasta el valor de reduccion R1 (punto de muestreo D). Si se alcanza este valor, se produce una sobrefrecuencia tan significativa que el aerogenerador finalmente se desconecta.

Por ultimo se emite un valor determinado por el elemento de determinacion 31 para la potencia de reduccion Rp y se aplica a un punto de adicion 32. Al punto de adicion 32 se le aplica ademas una senal para una limitacion de potencia requerida Rd (del parque maestro 5 o de una fuente externa), concretamente por medio de una lmea de senal 30. Combinando ambos valores, el punto de adicion 32 emite un valor para una potencia de reserva actual que se denomina grado de reduccion r. Este valor r no se utiliza directamente para la reduccion de la potencia mecanica obtenida del viento por medio del rotor eolico 11, sino que, segun la invencion, se aporta a un modulo de mezcla no lineal 4.

El modulo de mezcla 4 sirve para determinar un valor de teorico para un angulo de pala 9 de las palas de rotor 12 por medio de varias senales de entrada, en el ejemplo de realizacion representado por medio de dos senales de entrada, asf como por medio de una senal de control. Normalmente se determina, en funcion de un mdice de marcha rapida A, un angulo de pala 9 de las palas de rotor 12 a ajustar por el dispositivo de ajuste de paso. El mdice de marcha rapida A se define como una relacion entre la velocidad de giro de las palas de rotor 12 (medida en la punta de la pala) y la velocidad del viento que actua sobre el rotor eolico 11. Normalmente, el angulo de pala 9 se mantiene constante comenzando con el accionamiento del aerogenerador a velocidades de viento relativamente bajas hasta una velocidad de rotor determinada (velocidad nominal), de manera que, como consecuencia, la velocidad del rotor eolico 11 sea proporcional a la velocidad del viento v. Por encima de la velocidad nominal, el angulo de pala 9 se ajusta de forma continua, de manera que la velocidad n del rotor eolico 11 permanezca fundamentalmente constante (concretamente a la velocidad nominal). Por lo tanto, la velocidad del rotor eolico 11 ya no aumenta proporcionalmente a la velocidad del viento v. Por este motivo, el mdice de marcha rapida A disminuye a medida que aumenta la fuerza del viento.

La curva caractenstica correspondiente para la relacion entre el angulo de paso 9 y el mdice de marcha rapida A se representa en la figura 4 (con una lmea continua) y se implementa en el bloque 36 (figura 2). Al bloque 36 se conecta previamente un elemento de estimacion 33 para el mdice de marcha rapida A. Este determina un valor suavizado para el mdice de marcha rapida A, por ejemplo, por medio de parametros para la potencia suministrada P, la velocidad n del rotor eolico 11, as ^como una medida para el angulo de pala 9 ajustado en ese momento. A partir del mdice de marcha rapida A suavizado por el elemento de estimacion 33 y que se aplica a una entrada 34 del bloque de curva caractenstica 36, se determina, de un modo en sf conocido, un valor teorico 9' para el angulo de pala de las palas de rotor 12. Este se pone a disposicion en una salida 38 del bloque de curva caractenstica 36 y se aplica a una entrada del modulo de mezcla 4.

Segun la invencion, por medio del mismo valor A se determina para el mdice de marcha rapida suavizado un segundo valor teorico 9* y, en concreto, por medio de una segunda curva caractenstica. En el caso de la segunda curva caractenstica se trata de una curva caractenstica de reduccion en la que se suministra una potencia menor que la de la primera curva caractenstica, concretamente menor en el valor de la reserva de potencia deseada (expresada a traves del grado de reduccion Ro). La segunda curva caractenstica, reducida en el grado de reduccion Ro, se representa en la figura 4 con una lmea discontinua. Por medio del mismo valor para el mdice de marcha rapida A se determina, mediante el bloque 37, un segundo valor de teorico 9* tomando como base la segunda curva caractenstica representada con una lmea discontinua, se emite a su salida 39 y se aplica a la segunda entrada del modulo de mezcla 4. En la figura 4 se representa la curva caractenstica implementada en el bloque 37 (con una lmea discontinua). Los valores teoricos 9' y 9* segun la primera o la segunda curva caractenstica son los dos valores que mezcla el modulo de mezcla 4 y, en concreto, mediante el valor r que se le aplica para el grado de reduccion actual. A partir de estos, el modulo de mezcla 4 A determina un valor teorico 9s para el angulo de pala que se encuentra entre los dos valores 9' y 9*.

El modulo de mezcla 4 se representa con mas detalle en la figura 3. El valor para el grado de reduccion r, que determina la proporcion de mezcla, se aplica a su entrada de control 40. Como ya se ha mencionado antes, en este caso los dos desarrollos de curva (segun la figura 4) se mezclan, como se representa a traves de la primera curva caractenstica valida para el funcionamiento normal en el bloque 36 y a traves de la segunda curva caractenstica valida para el funcionamiento reducido con reserva de potencia en el bloque 37. En este caso, el modulo de mezcla 4 se configura de manera que las dos curvas caractensticas se mezclen en una relacion no lineal entre sf. Con esta finalidad se preve un bloque de rafz cuadrada 41 que determina un valor de rafz cuadrada para el grado de reduccion r. Este valor de rafz cuadrada se aplica mediante una primera lmea de senal 45 a un multiplicador que actua como un primer elemento de ponderacion 47, y a su otra entrada, a la que se aplica el valor teorico para el angulo de paso reducido 9* proporcionado por el bloque de curva caractenstica 37 de acuerdo con la segunda curva caractenstica reducida. Este valor teorico se pondera con el factor aplicado a traves de la lmea de senal 45. Este valor ponderado se aplica a una entrada de un elemento de adicion 48. Ademas, el valor de rafz cuadrada determinado por el bloque 41 aplica la relacion de reduccion r a un elemento complementario 42 que forma un valor complementario mediante un calculo de la diferencia respecto a 1. Este valor complementario se aplica a traves de una lmea de senal 44 a otro multiplicador que actua como segundo elemento de ponderacion 46. Este pondera el valor proporcionado por el primer bloque de curva caractenstica 36 para un angulo de paso 9' segun la primera curva caractenstica. El valor asf ponderado se aplica a otra entrada del elemento de adicion 48. El valor acumulativo 9s(r) formado por el elemento de adicion 45 se emite a la salida 49 del modulo de mezcla 4 y finalmente se aplica, como valor teorico a ajustar, al control de paso 21 del rotor eolico 11.

De este modo, el modulo de mezcla 4 provoca una fusion no lineal que sigue concretamente a una funcion rafz entre la curva caractenstica para el funcionamiento normal con plena potencia (sin reserva), por una parte, y la segunda curva caractenstica para el funcionamiento con potencia reducida, es decir, con reserva puesta a disposicion, por otra parte. Si para la reserva de potencia se preve, por ejemplo, un valor de reduccion Ro del 4% (definido por el punto de muestreo B en el elemento de determinacion 31), la curva caractenstica en el bloque de curva caractenstica 37 se configura de forma correspondiente. Si la frecuencia en la red 9 se encuentra en el rango de la banda de tolerancia (entre los puntos de muestreo B y C en el elemento de determinacion 31), el grado de reduccion para la potencia procedente del aerogenerador es del mismo 4%, de manera que este disponible toda la reserva. En este caso, el grado de reduccion r es 1 y el angulo de paso correspondiente a la segunda curva caractenstica se utiliza solamente para determinar el valor teorico 9s. No obstante, si, por ejemplo, se produce una situacion que requiere una movilizacion parcial de la reserva, por ejemplo, una subfrecuencia exactamente entre los dos puntos de muestreo A y B, la reduccion se reduce a la mitad segun el elemento de determinacion 31. El grado de reduccion r es, por lo tanto, de 0,5. Segun la invencion, a continuacion se lleva a cabo una fusion entre las dos curvas caractensticas implementadas en los bloques 36 y 37, concretamente por medio de la funcion rafz en la forma de realizacion representada. Aqrn, el angulo de paso se determina segun la curva caractenstica de reduccion implementada en el bloque 37 con Vo,5 = 0,707 de la curva caractenstica de reduccion segun el bloque 37 y de forma correspondiente complementariamente con 1 - V0,5 = 0,293 de la primera curva caractenstica segun el bloque 36. Con esta fusion no lineal utilizando la funcion rafz, se consigue una transicion suave que tiene en cuenta especialmente el hecho de que el aerogenerador reacciona de forma menos sensible a pequenos angulos de ajuste.

El valor teorico para el angulo de paso 9s asf determinado mediante la fusion segun la invencion utilizando el modulo de mezcla 4, se aplica al control de paso 21 que ajusta adecuadamente los angulos de paso 9 de las palas de rotor 12 de un modo en sf conocido.

El comportamiento operativo logrado con la invencion se representa en las figuras 5 y 6. En la figura 6 se representa con una lmea continua un valor de reduccion R0 requerido. Este vana a lo largo del tiempo comenzando desde el 0% con T = 50s y aumentando hasta el 2,5% con T = 320s aproximadamente y disminuyendo de nuevo desde este valor con T = 400s y disminuyendo de nuevo a 0 con T = 700s. El grado de reduccion r realmente alcanzado se visualiza mediante la lmea continua. Se puede ver como este sigue el grado de reduccion establecido con ciertas desviaciones, pero en promedio con bastante exactitud: resulta especialmente llamativo que en caso de pequenos grados de reduccion, las desviaciones son particularmente reducidas. Asf se consigue la mejora deseada del comportamiento de transicion, especialmente en el funcionamiento a plena carga.

El concepto basico de reduccion de potencia para la puesta a disposicion de potencia de reserva se explica en la figura 5. Aqu se representa la alimentacion de potencia P de un aerogenerador a lo largo del tiempo t que no puede planificarse y que depende del viento. Se puede ver como la potencia que se puede generar a partir del viento y que se debe aportar (representada con una lmea continua) vana enormemente a lo largo del tiempo. Se requiere la puesta a disposicion de potencias de reserva para respectivamente dos penodos de tiempo identificados mediante lmeas discontinuas en la figura 5. Esto significa que el aerogenerador suministra menos potencia (vease lmea discontinua) de la que podna suministrar en virtud de las condiciones del viento (lmea continua). La zona intermedia (sombreada) esta disponible como potencia de reserva y puede estar disponible en cualquier momento a peticion o cuando se produzcan determinados parametros (por ejemplo, una subfrecuencia), independientemente de si el viento es fuerte o debil.

En el parque maestro 5 se preve ademas una entrada para una reduccion solicitada de la potencia del parque Re. De este modo, una instancia superior como, por ejemplo, el operador de la red de transmision, puede imponer al parque eolico una reduccion de potencia externa. En tal caso, el parque maestro 5 puede controlar de forma correspondientemente reducida los distintos aerogeneradores 1, 1', 1" del parque eolico, o simplemente emitir a los aerogeneradores 1, 1', 1" las correspondientes senales de reduccion internas concretamente a traves de su entrada R^d30. A continuacion, se lleva a cabo la reduccion de potencia del modo antes descrito.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento para la puesta a disposicion de una reserva de potencia durante el funcionamiento de aerogeneradores (1, 1', 1'') que presentan un generador (14) accionado por un rotor eolico (11) para el suministro de energfa electrica, as ^ como un controlador (2) que presenta una primera curva caractenstica (36) para una relacion entre el mdice de marcha rapida del rotor eolico (11) y el angulo de pala de sus palas de rotor (12), asf como una entrada (30) para una reduccion de potencia deseada, con los pasos

- implementacion de una segunda curva caractenstica (37) con angulos de pala diferentes para un funcionamiento suboptimo, de manera que se alcance una reduccion de potencia predeterminada, y

- uso de la segunda curva caractenstica (37) para el controlador (2) si se pretende poner a disposicion la potencia de reserva (funcionamiento de puesta a disposicion),

caracterizado por que

- en caso de demanda de potencia de reserva (funcionamiento activo) se calcula el angulo de pala mediante una mezcla de la segunda curva caractenstica (37) y de la primera curva caractenstica (36), concretamente por medio de un modulo de mezcla (4),

- llevandose a cabo la mezcla mediante una fusion entre los dos valores para los angulos de pala de manera que los valores calculados para los angulos de pala se ponderen de forma no lineal entre sf, dependiendo la ponderacion no linealmente de la potencia de reserva requerida.

2. Procedimiento segun la reivindicacion 1, caracterizado por que la ponderacion no lineal de los dos angulos de pala se realiza por medio de una funcion rafz, especialmente por medio de una funcion rafz cuadrada.

3. Procedimiento segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la segunda curva caractenstica (37) se determina en dependencia de una reserva de potencia que se puede ajustar.

4. Procedimiento segun la reivindicacion 3, caracterizado por que para cada reserva de potencia ajustada se determina otra curva caractenstica propia.

5. Procedimiento segun la reivindicacion 3, caracterizado por que, en caso de varias reservas de potencia, solo se determina una curva caractenstica para una de las distintas reservas de potencia, llevandose a cabo una interpolacion para las demas reservas de potencia.

6. Procedimiento segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que en caso de una sobrefrecuencia se lleva a cabo una reduccion de potencia excesiva.

7. Procedimiento segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la reserva de potencia se determina como una proporcion de la potencia del aerogenerador (1) suministrada en ese momento.

8. Procedimiento segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la determinacion de la reserva de potencia y de la fusion se realiza de forma centralizada para varios aerogeneradores (1, 1', 1''), preferiblemente en un parque maestro (5).

9. Procedimiento segun la reivindicacion 8, caracterizado por que el parque maestro (5) solo controla de forma correspondiente una parte de los aerogeneradores (1, 1', 1'') de un parque eolico.

10. Procedimiento segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que se tiene en cuenta un lfmite superior para la potencia suministrada.

11. Procedimiento segun la reivindicacion 10, caracterizado por que el lfmite superior se determina externamente.

12. Procedimiento segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que las curvas caractensticas se implementan en forma de tabla de consulta.

13. Procedimiento para el funcionamiento de un parque eolico que comprende un parque maestro (5) y una serie de aerogeneradores (1, 1', 1'') que presentan un generador (14) accionado por un rotor eolico (11) para el suministro de energfa electrica, asf como un controlador (2) que presenta una primera curva caractenstica (36) para una relacion entre el mdice de marcha rapida del rotor eolico (11) y el angulo de pala de sus palas de rotor (12), asf como una entrada (30) para una reduccion de potencia deseada, con los pasos

caracterizado por que

- en caso de demanda de potencia de reserva (funcionamiento activo) se calcula el angulo de pala mediante una mezcla de la segunda curva caractenstica (37) y de la primera curva caractenstica (36), concretamente por medio de un modulo de mezcla,

14. Procedimiento segun la reivindicacion 13, caracterizado por que el mismo se perfecciona segun una de las reivindicaciones 2 a 12.

15. Aerogenerador con un generador (14) accionado por un rotor eolico (11) para el suministro de energfa electrica, asf como con un controlador (2) que presenta un primer bloque de curva caractenstica (36) con una primera curva caractenstica para una relacion entre el mdice de marcha rapida del rotor eolico (11) y el angulo de pala de sus palas de rotor (12), asf como una entrada para una reduccion de potencia deseada,

presentando el controlador (2) ademas un bloque (37) para una segunda curva caractenstica que implementa angulos de pala diferentes para un funcionamiento suboptimo,

caracterizado por que

comprende un modulo de mezcla (4) al que se conectan el primer bloque de curva caractenstica (36), asf como el segundo bloque de curva caractenstica (37) y que se configura para, en caso de una demanda de potencia de reserva, calcular los angulos de pala por medio de una fusion entre la segunda curva caractenstica y la primera curva caractenstica, implementandose la fusion de modo que los valores para los angulos de pala determinados de acuerdo con la primera y la segunda curva caractenstica se ponderen de forma no lineal entre sf, dependiendo la ponderacion no linealmente de la potencia de reserva demandada.

16. Aerogenerador segun la reivindicacion 15, caracterizado por que el controlador (2) se perfecciona segun una de las reivindicaciones 2 a 12.

17. Parque eolico que comprende un parque maestro (5), asf como una serie de aerogeneradores (1, 1', 1''), caracterizado por que los aerogeneradores (1, 1', 1'') se configuran segun una de las reivindicaciones 15 o 16.