ES2811843T3

ES2811843T3 - Método para operar una planta de energía eólica en un entorno de red de distribución débil y una planta de energía eólica

Info

Publication number: ES2811843T3
Application number: ES15771017T
Authority: ES
Inventors: Manoj Gupta; Ravi Kumar
Original assignee: Vestas Wind Systems AS
Current assignee: Vestas Wind Systems AS
Priority date: 2014-10-24
Filing date: 2015-09-23
Publication date: 2021-03-15
Anticipated expiration: 2035-09-23
Also published as: US20170314534A1; WO2016062316A1; EP3210277B1; US10352301B2; EP3210277A1

Abstract

Un método para operar una planta de energía eólica (100) en un entorno de red de distribución débil, estando la planta de energía eólica (100) acoplada a una red de distribución eléctrica (160) y comprendiendo un controlador de planta de energía (150) para controlar una pluralidad de generadores de turbina eólica (120) de la planta de energía eólica (100), comprendiendo el método: controlar cada generador de turbina eólica (120) de la pluralidad de generadores de turbina eólica (120) para generar una cantidad de potencia activa de acuerdo con una referencia de potencia activa; determinar (802) si la red de distribución eléctrica (160) cumple un criterio de red de distribución débil; y cuando se cumple el criterio de red de distribución débil, configurar el controlador de planta de energía (150) para que opere (804) en un modo de red de distribución débil, comprendiendo el modo de red de distribución débil: cuando una tensión de red de distribución se desvía de una tensión operativa normal más allá de una tensión umbral, y antes de entrar en un modo de tensión de operación en falla, controlar el controlador de planta de energía (150) para proporcionar a la pluralidad de generadores de turbina eólica (120) una referencia de potencia activa reducida de acuerdo con la que se controla la pluralidad de generadores de turbina eólica (120), siendo la referencia de potencia activa reducida menor que la referencia de potencia activa; y cuando la red de distribución eléctrica (150) se recupera de la desviación de tensión, controlar cada generador de turbina eólica (120) de la pluralidad de generadores de turbina eólica (120) para generar (808) una cantidad reducida de potencia activa de acuerdo con la referencia de potencia activa reducida proporcionada.

Description

DESCRIPCIÓN

Método para operar una planta de energía eólica en un entorno de red de distribución débil y una planta de energía eólica

Campo técnico

La presente divulgación describe realizaciones relacionadas, en general, con un método para operar una planta de energía eólica. Las realizaciones pueden proporcionar un método para operar una planta de energía eólica en un entorno de red de distribución débil. La presente divulgación también describe una planta de energía eólica configurada para realizar dicho método para operar una planta de energía eólica.

Antecedentes

Está proliferando el desarrollo y la aceptación de la energía eólica como una fuente limpia y productiva de energía alternativa. La energía eólica puede capturarse por un generador de turbina eólica, que es una máquina rotatoria que convierte la energía cinética del viento en energía mecánica y, posteriormente, la energía mecánica en energía eléctrica. Las turbinas eólicas de eje horizontal habituales incluyen una torre, una góndola localizada en el vértice de la torre y un rotor que se soporta en la góndola por medio de un árbol. El árbol acopla el rotor directa o indirectamente con un conjunto de rotor de un generador alojado dentro de la góndola. Puede disponerse una pluralidad de generadores de turbina eólica juntos para formar un parque eólico o una planta de energía eólica. Las plantas de energía eólica están acopladas a una red eléctrica o una red de distribución de energía eléctrica. En algunas situaciones, las plantas de energía eólica están situadas en áreas rurales, y la infraestructura a veces está configurada de manera inadecuada para soportar la distribución eléctrica de la planta de energía eólica. Como resultado, tales redes de distribución eléctricas que están lejos de las unidades de generación principal se caracterizan por un bajo nivel de falla en el punto de conexión, también conocido como "red de distribución débil". Una conexión de planta de energía eólica a una red de distribución débil enfrenta desafíos tanto en estado estacionario como en condiciones transitorias.

Una red de distribución de transmisión débil o red de distribución eléctrica o red de distribución de energía eléctrica o red de distribución en red se caracteriza por una alta impedancia de red de distribución debido al bajo nivel de falla. En una red de distribución débil, habitualmente es necesario tener en cuenta el nivel y las fluctuaciones de tensión debido a que hay una probabilidad de que los valores puedan superar los requisitos de los estándares cuando se consideran los casos de producción de carga y energía. Cuando una planta de energía eólica o una planta de potencia eólica están en un entorno de red de distribución débil, o están conectadas o acopladas a una red de distribución débil, debido a la mayor impedancia de la red de distribución, la cantidad de energía eólica que puede impulsarse hacia la red de distribución en el punto de conexión es limitada debido a una fluctuación relativamente grande de la tensión y debido a la estabilidad del sistema de red de distribución. Además, durante la operación normal, las tensiones en una red de distribución débil pueden superar o ir por debajo del intervalo de tensión operativa continua normal de la red de distribución.

Esto puede conducir a situaciones en las que las fluctuaciones de tensión pueden dar como resultado una operación de estado estable inestable, por ejemplo, conduciendo a un bucle de reactivación debido a la inestabilidad de tensión en el lado de la red de distribución. Además, la red de distribución débil provoca un aumento de las pérdidas de potencia reactiva, lo que puede requerir una compensación dinámica adicional, lo que conduce a que haya una menor potencia reactiva disponible para aumentar la tensión de red de distribución, lo que conduce a fluctuaciones de tensión más grandes y da como resultado oscilaciones de tensión inaceptables en la red de distribución.

Durante condiciones transitorias, tales como fallas de sistema, las turbinas eólicas conectadas a una red de distribución débil enfrentan desafíos como la recuperación problemática de la falla, grandes oscilaciones en la potencia activa y la tensión, y a menudo se enfrentan a disparos no deseados debido a la configuración de protección contra sobretensión en la turbina eólica o el nivel de planta de energía eólica. Dicho estado de la técnica se desvela en los documentos WO 2011/050807 y EP 2463979.

Como tal, existe un deseo de un método para operar una planta de energía eólica en un entorno de red de distribución débil que pueda continuar conectado y soportando la red de distribución durante pequeñas perturbaciones de tensión y eventos de falla.

Sumario

De acuerdo con diversas realizaciones, se proporciona un método para operar una planta de energía eólica en un entorno de red de distribución débil, estando la planta de energía eólica acoplada a una red de distribución eléctrica e incluyendo un controlador de planta de energía para controlar una pluralidad de generadores de turbina eólica de la planta de energía eólica, incluyendo el método: controlar cada generador de turbina eólica de la pluralidad de generadores de turbina eólica para generar una cantidad de potencia activa de acuerdo con una referencia de potencia activa; determinar si la red de distribución eléctrica cumple un criterio de red de distribución débil; y cuando se cumple el criterio de red de distribución débil, configurar el controlador de planta de energía para que opere en un modo de red de distribución débil cuando se cumpla el criterio de red de distribución débil, incluyendo el modo de red de distribución débil: cuando una tensión de red de distribución se desvía de un intervalo de tensión operativa normal más allá de una tensión umbral, y antes de entrar en un modo de tensión de operación en falla, controlar el controlador de planta de energía para proporcionar a la pluralidad de generadores de turbina eólica una referencia de potencia activa reducida a la que se controla la pluralidad de generadores de turbina eólica, siendo la referencia de potencia activa reducida menor que la referencia de potencia activa; y cuando la red de distribución eléctrica se recupera de la desviación de tensión, controlar cada generador de turbina eólica de la pluralidad de generadores de turbina eólica para generar una cantidad reducida de potencia activa de acuerdo con la referencia de potencia activa reducida proporcionada.

De acuerdo con diversas realizaciones, se proporciona una planta de energía eólica acoplada a una red de distribución eléctrica e incluye una pluralidad de generadores de turbina eólica. La planta de energía eólica puede incluir un controlador de planta de energía que incluye un módulo de determinación de red de distribución débil configurado para determinar si la red de distribución eléctrica cumple un criterio de red de distribución débil; un controlador de estado operativo configurado para establecer el controlador de planta de energía para que opere en un modo de red de distribución débil cuando se cumple el criterio de red de distribución débil; un módulo de modificación de referencia de potencia configurado para reducir y proporcionar una referencia de potencia activa de acuerdo con la que se controla la pluralidad de generadores de turbina eólica, cuando una tensión de red de distribución se desvía más allá de una tensión umbral con respecto a una tensión operativa normal y antes de entrar en un modo de tensión de operación en falla. Cada uno de la pluralidad de generadores de turbina eólica puede incluir un controlador de potencia de turbina eólica configurado para generar una cantidad reducida de potencia activa en función de la referencia de potencia activa proporcionada, cuando la red de distribución eléctrica se recupera de la desviación de tensión.

Breve descripción de los dibujos

En los dibujos, los caracteres de referencia similares se refieren, en general, a las mismas partes en todas las diferentes vistas. Los dibujos no son necesariamente a escala, sino que, en general, se pone el énfasis en ilustrar los principios de la presente divulgación. Cabe señalar que los dibujos adjuntos ilustran solo ejemplos de realizaciones de la presente divulgación y, por lo tanto, no deben considerarse limitantes de su alcance, ya que la divulgación puede admitir otras realizaciones igualmente eficaces. En la siguiente descripción, se describen diversas realizaciones de la divulgación con referencia a los siguientes dibujos, en los que:

La figura 1 ilustra una gráfica que muestra la variación de la potencia activa y la potencia reactiva durante una caída de tensión en un estado estable de acuerdo con un ejemplo.

La figura 2 ilustra una gráfica que muestra la variación de la potencia activa y la potencia reactiva durante una caída de tensión en un estado transitorio de acuerdo con un ejemplo.

La figura 3 ilustra una planta de energía eólica de acuerdo con una realización.

La figura 4 ilustra una gráfica de potencia activa de acuerdo con una realización.

La figura 5 ilustra un par de modelos de estado de acuerdo con una realización.

La figura 6 ilustra una gráfica que muestra la variación de la potencia activa y la potencia reactiva en respuesta a una caída de tensión en un estado estable de acuerdo con una realización.

La figura 7 ilustra una gráfica que muestra la variación de la potencia activa y la potencia reactiva durante una caída de tensión en un estado transitorio de acuerdo con un ejemplo representativo.

La figura 8 ilustra un método para operar una planta de energía eólica de acuerdo con una realización.

La figura 9 ilustra un diagrama de bloques de una planta de energía eólica de acuerdo con una realización.

Descripción detallada

Las realizaciones de un método para operar una planta de energía eólica y una planta de energía eólica se describen en detalle a continuación con referencia a las figuras adjuntas. Sin embargo, debe entenderse que la divulgación no se limita a las realizaciones específicas descritas. Se apreciará que las realizaciones descritas a continuación pueden modificarse en diversos aspectos, características y elementos, sin cambiar la esencia de la divulgación. Además, cualquier referencia a diversas realizaciones no se interpretará como una generalización de cualquier tema inventivo divulgado en el presente documento y no se considerará como un elemento o limitación de las reivindicaciones adjuntas, excepto cuando se mencione explícitamente en una o unas reivindicaciones.

De acuerdo con diversas realizaciones, la representación de un elemento dado o la consideración o uso de un número de elemento específico en una figura específica o una referencia al mismo en el material descriptivo correspondiente, puede abarcar el mismo, un elemento equivalente o análogo o un número de elemento identificado en otra figura o material descriptivo asociado con el mismo. El uso de "/" en el presente documento significa "y/o" a menos que se indique específicamente lo contrario.

La presente divulgación puede describir realizaciones de un dispositivo electrónico de consumo que puede operarse en diversas orientaciones, y, por lo tanto, debe entenderse que cualquiera de las expresiones "superior", "inferior", "base", "abajo", "de lado", "hacia abajo", etc., cuando se usan en la siguiente descripción, se usan por conveniencia y para ayudar a comprender las posiciones o direcciones relativas, y no se pretende limitar la orientación del medio de registro o un sistema o aparato o producto que incorpora el medio de registro.

Un sistema informático o un controlador o un microcontrolador o cualquier otro sistema que proporcione una capacidad de procesamiento puede presentarse de acuerdo con diversas realizaciones en la presente divulgación. Puede considerarse que dicho sistema incluya 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 realizado por el controlador de planta de energía eólica y/o el controlador de turbina eólica. Una memoria usada en las realizaciones puede ser una memoria volátil, por ejemplo, una DRAM (memoria dinámica de acceso aleatorio) o una memoria no volátil, por ejemplo, una PROM (memoria programable de solo lectura), una EPROM (PROM borrable), EEPROM (PROM eléctricamente 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 tipo de entidad de implementación lógica, que puede ser una circuitería de propósito especial o un procesador que ejecuta software almacenado en una memoria, firmware o cualquier combinación de los mismos. Por lo tanto, en una realización, un "circuito" puede ser un circuito lógico cableado o un circuito lógico programable, tal como un procesador programable, por ejemplo, un microprocesador (por ejemplo, un procesador de ordenador con conjunto de instrucciones complejo (CISC) o un procesador de ordenador con conjunto de instrucciones reducido (RISC)). Un "circuito" también puede ser un procesador que ejecuta software, por ejemplo, cualquier tipo de programa informático, por ejemplo, un programa informático que usa un código de máquina virtual tal como, por ejemplo, Java. Cualquier otro tipo de implementación de las funciones respectivas que se describirá con más detalle a continuación, también puede entenderse como un "circuito" de acuerdo con diversas realizaciones alternativas. De manera similar, un "módulo" se define como una parte de un sistema de acuerdo con diversas realizaciones en la presente divulgación y puede abarcar un "circuito" como anteriormente, o puede entenderse que es cualquier tipo de entidad implementadora de lógica del mismo. Además, un módulo puede denominarse, o puede tener la forma de, unidad, medio, dispositivo o equipo.

Antes de analizar las realizaciones de la presente divulgación, se exponen varios puntos de información general para proporcionar una comprensión más clara de las realizaciones de la divulgación.

En general, las redes de distribución eléctricas se rigen habitualmente por códigos de red de distribución que regulan todos los dispositivos de generación de energía acoplados a la red de distribución para una operación normalizada. Las plantas de energía eólica que están acopladas a una red de distribución de energía eléctrica están sujetas a dicha regulación y se requiere que funcionen de acuerdo con una serie de escenarios, uno de los cuales es permanecer conectada a la red de distribución durante un evento de falla, por ejemplo, un evento de falla de baja tensión, y contribuir a la recuperación de la red de distribución de energía eléctrica.

En una falla de baja tensión o un evento de caída de tensión, se requiere que la planta de energía eólica proporcione una contribución de corriente reactiva para soportar la tensión de red de distribución, de acuerdo con diversos códigos de red de distribución. En ciertos códigos de red de distribución, una planta generadora conectada a la red de distribución eléctrica debe mantener el soporte de tensión de corriente reactiva incluso después de que la tensión de red de distribución haya regresado a la banda de tensión operativa continua normal. Para algunas regulaciones de códigos de red de distribución, la banda de tensión operativa continua normal es de 0,9 pu a 1,1 pu.

En casos de caída de tensión en redes de distribución débiles, y en un caso en el que una planta de energía eólica está conectada a la red de distribución eléctrica, se espera que la planta de energía eólica proporcione de manera similar un soporte de corriente reactiva para ayudar a la recuperación de la tensión de red de distribución. Habitualmente, se proporciona una curva de inyección de corriente reactiva predeterminada para la provisión de corriente reactiva por un generador de turbina eólica o una planta de energía eólica durante la caída de tensión. En situaciones donde la recuperación de una tensión de red de distribución es exitosa, la tensión de red de distribución de la red de distribución eléctrica regresa a una banda de tensión de referencia de operación normal. Sin embargo, de acuerdo con diversos códigos de la red de distribución, el soporte de corriente reactiva a la red de distribución eléctrica continuará incluso después de que se recupere la tensión de red de distribución. Es en una situación de recuperación de este tipo, para una red de distribución débil, el soporte de corriente reactiva adicional puede hacer que el generador de turbina eólica se dispare al superar un límite de alta tensión y, si se alcanza la generación de potencia activa completa, entre en un bucle de reactivación debido a la caída de tensión en el lado de la red de distribución.

La figura 1 ilustra una gráfica 10 que muestra la variación de la potencia activa y la potencia reactiva durante una caída de tensión en un estado estable de acuerdo con un ejemplo. En un ejemplo representativo, una planta de energía eólica con una capacidad nominal de 190 MW y acoplada a una red de distribución débil experimenta una caída de tensión de red de distribución y opera en consecuencia. La curva 12 se refiere a la cantidad de potencia activa generada por la planta de energía eólica y medida en el punto de acoplamiento común (PCC). La curva 14 corresponde a la curva 12 y se refiere a la cantidad de potencia reactiva generada por la planta de energía eólica y medida en el PCC. La operación en estado estacionario se representa mediante las curvas 12 y 14.

Puede observarse desde el marco temporal -2 segundos a 0 segundos, que la potencia activa generada antes de que se produzca la caída de tensión es de aproximadamente 190 MW, que es sustancialmente equivalente a la salida de potencia máxima para la planta de energía eólica. A los 0 segundos, la tensión de red de distribución cae a un valor de 0,885 pu. Como puede observarse en la curva 12 y la curva 14, en respuesta a la caída de tensión, como parte de una respuesta de tensión de operación en baja tensión, la potencia activa de la planta de energía eólica cae a aproximadamente 100 MW, y la potencia reactiva aumenta a aproximadamente 40 MVAR. El aumento en la salida de potencia reactiva puede aumentar la tensión de red de distribución hasta el punto en que los generadores de turbina eólica en la planta de energía eólica puedan reanudar su operación normal. Sin embargo, cuando las turbinas eólicas vuelven a su operación normal y producen su potencia nominal normal, la disponibilidad de potencia reactiva cae en consecuencia. Esto conduce a que no pueda sostenerse el aumento de la tensión de red de distribución o red.

Puede haber diversos factores o razones que contribuyen a tal caída de potencia reactiva. Por ejemplo, a medida que aumenta la potencia activa en los generadores de turbina eólica, la capacidad de potencia reactiva se reduce de aproximadamente 1 MVAR a aproximadamente 0,406 MVAR por generador de turbina eólica. Un problema también puede ser la baja regulación de tensión en la red de distribución y la red de colector en la producción de potencia más alta o pico. Incluso pequeñas fluctuaciones de tensión en la red de distribución, en el intervalo de /- 10 % pueden dar como resultado una operación de estado estable inestable. Como resultado de la fluctuación en la tensión de red de distribución, la planta de energía eólica y los generadores de turbina eólica entran cíclicamente en un modo de tensión de operación en baja tensión, donde la tensión aumenta y vuelve a un modo normal, cuando la tensión no puede sostenerse y, por lo tanto, cae de nuevo.

La figura 2 ilustra una gráfica 20 que muestra la variación de la potencia activa y la potencia reactiva durante una caída de tensión en un estado transitorio de acuerdo con un ejemplo. En un ejemplo representativo, se realiza una simulación para la cual una planta de energía eólica con una capacidad nominal de 150 Mw y acoplada a una red de distribución débil experimenta una caída de tensión de red de distribución y opera en consecuencia. Se muestra una operación transitoria, identificando la respuesta antes de la operación en estado estacionario.

La curva 22 se refiere a la cantidad de potencia activa generada por la planta de energía eólica y medida en el punto de acoplamiento común (PCC). La curva 24 se refiere a la potencia activa medida en otro bus en el sistema de potencia. En este caso, la curva 24 se refiere a la potencia activa medida en el bus de distribución de planta. Puede observarse que, tras producirse la caída de tensión, la salida de planta de energía eólica, como se muestra en la curva 22, cae a aproximadamente 20 MW. Después de resolverse la falla, que puede definirse por el restablecimiento de la tensión de red de distribución al valor operativo normal, dentro de la banda de tensión operativa continua, las turbinas eólicas buscan recuperar la potencia activa lo antes posible. Se observa que la potencia activa vuelve al valor anterior a la falla en 2 segundos. Sin embargo, esto da como resultado oscilaciones en la potencia y la tensión activas, lo que lleva a que se produzca una reactivación varias veces en los próximos segundos. Se observa que, a partir de entonces, el sistema requiere hasta 12 segundos para estabilizarse.

Surgen varios problemas en relación con la operación durante las condiciones transitorias. Puede haber un disparo por sobretensión de los generadores de turbina eólica después de la resolución de la falla. Esto se debe a la mayor potencia reactiva suministrada por las turbinas eólicas durante una falla. Después de la falla, las turbinas eólicas no pueden reducir la potencia reactiva de inmediato, y si la red de distribución se considera demasiado débil para absorber la potencia reactiva inyectada, dará como resultado una tensión más alta en los terminales de la turbina eólica. Esto puede hacer que la protección contra sobretensiones dispare las turbinas eólicas.

Además, durante la recuperación de fallas, a medida que aumenta la potencia activa, también lo hacen las pérdidas reactivas en la red, en proporción al cuadrado de la corriente, por ejemplo, Qpérdida = 3I2X. Como resultado, hay menos potencia reactiva disponible para aumentar la tensión de red desde la red de distribución y se observan fluctuaciones de tensión mayores, lo que puede dar como resultado oscilaciones de tensión inaceptables en la red de distribución.

En otro ejemplo, después de resolver una falla en la red de distribución eléctrica, las turbinas eólicas salen del modo de baja tensión e intentan adherirse a las referencias de potencia previas a la falla, lo que puede dar como resultado oscilaciones de tensión y potencia activa. Las oscilaciones de tensión pueden ser más del 15 % y dar como resultado una reactivación AGO y una fluctuación de potencia activa y de tensión inaceptable.

La figura 3 ilustra una planta de energía eólica de acuerdo con una realización. En una realización, se proporciona una planta de turbina eólica o una planta de energía eólica 100. Habitualmente, una planta de energía eólica se forma como una colección de unidades de generación eólica, o generadores de turbina eólica, de tal manera que el control se centraliza y se realiza un solo acoplamiento a una red de distribución eléctrica, o una red de distribución de transmisión eléctrica, o una red de distribución eléctrica, o una red de distribución de energía eléctrica 160.

En una realización, la planta de energía eólica 100 incluye una pluralidad de ramas de transmisión 110, 112, 114, cada una de las cuales incluye una pluralidad de generadores de turbina eólica, o turbinas eólicas, 120 conectadas eléctricamente a una rama de transmisión correspondiente. En una realización, la planta de energía eólica 100 incluye una flota de generadores de turbina eólica similares 120. En algunas realizaciones, es posible tener una diversidad de generadores de turbina eólica conectados a las ramas de transmisión en la planta de energía eólica. Esto se debe a que los generadores de turbina eólica habitualmente se distribuyen geográficamente en diversas localizaciones donde los vientos predominantes se utilizarían mejor por diferentes tipos de generadores de turbina eólica. En una realización, hay dos turbinas eólicas conectadas a las ramas de transmisión 110, 112, 114. Sin embargo, habitualmente, no hay pautas en cuanto al número de turbinas eólicas por rama de transmisión, simplemente por preferencia de localización física.

Cada rama de transmisión 110, 112, 114 está acoplada a una barra de bus de distribución de planta 136, que también puede conocerse como barra de bus principal, mediante un disyuntor de rama de transmisión 130, 132, 134. La función del disyuntor de rama de transmisión es proteger tanto las turbinas eólicas conectadas a la rama de transmisión como las otras partes de la planta de energía eólica contra las sobretensiones o picos de tensión que pueden tener lugar cuando hay una falla en la red de distribución eléctrica o en la planta. En tal caso, el disyuntor 130 se dispara a una condición de circuito abierto, y aísla la rama de transmisión 110 de la planta de energía eólica 100, hasta que se identifica y soluciona la falla, y el sistema eléctrico vuelve a funcionar para la reconexión de la rama de transmisión 110.

La planta de energía eólica 100 puede incluir una subestación de planta 140, que puede acoplarse a la barra de distribución de planta 136. Las subestaciones de planta pueden ser o bien un área física de la planta de energía eólica o un número agregado de características repartidas por la planta. En una realización, la subestación 140 se presenta localizada en un área física. De acuerdo con la realización, los componentes principales de la subestación 140 son el transformador principal 142, que aumenta la potencia generada en la planta hasta una tensión adecuada para proporcionarla a una red de distribución eléctrica 160, y el dispositivo de distribución principal 144, que define un conmutador activo para la planta de energía eólica. La subestación de planta 140 se encuentra entre las ramas de transmisión 130, 132, 134 de la planta de energía eólica 100 y el punto de acoplamiento común 146 a la red de distribución eléctrica 160.

De acuerdo con una realización, algunos equipos de compensación de potencia 148 están localizados junto con la subestación de planta 140. En una realización, el equipo de compensación de potencia 148 incluye una serie de compensadores síncronos estáticos (STATCOM) 154. Además, el equipo de compensación de planta 148 también puede incluir bancos de condensadores conmutados 156. En algunas realizaciones, también son posibles otras alternativas, tales como: bancos de inductores conmutados, condensadores estáticos y condensadores síncronos. El equipo de compensación de potencia 148 se usa para controlar el factor de potencia, el nivel de potencia reactiva aportada o el nivel de tensión del punto de acoplamiento común 146. En diversas realizaciones, el equipo de compensación de potencia podría distribuirse y localizarse en cada generador de turbina eólica 120.

La operación de la planta de energía eólica 100 se controla mediante un controlador de potencia de planta ("PPG") 150 que envía diversos puntos de ajuste de referencia a los generadores de turbina eólica individuales 120 en la planta de energía eólica 100. El controlador de potencia de planta 150 también recibe múltiples fuentes de mediciones o lecturas de salida de cada generador de turbina eólica 120, así como de diversas localizaciones en las ramas de transmisión 110, 112, 114, la línea de distribución 136, la subestación de planta 140 y la red de distribución eléctrica 160, y usa la información recibida para optimizar la contribución de la corriente de falla de la planta de energía eólica a la red de distribución eléctrica. El controlador de potencia de planta 150 también puede recibir puntos de ajuste para la operación del operador de red de distribución de la red de distribución eléctrica 160 a la que está acoplada la planta de energía eólica 100.

De acuerdo con una realización, el PPC 150 de la planta de energía eólica 100 es parte de una red de control de supervisión y adquisición de datos (SCADA) que acopla la planta 100 y la pluralidad de generadores de turbina eólica 120 en la planta 100 a un centro de datos y control remoto. La red SCADA de planta puede incluir el acoplamiento de transmisión de datos entre los controladores de planta y turbina proporcionados por una transmisión de fibra óptica tendida. Puede incluirse un módulo de control SCADA (no mostrado), configurado para proporcionar el control y la supervisión de la red SCADA. El módulo de control SCADA puede incluir subsistemas para consolidar los datos de medición recibidos de los componentes de la planta, para comunicar mensajes y otras funciones operativas diferentes. En algunas realizaciones, el módulo de control SCADA y el PPC 150 pueden localizarse físicamente en la subestación de planta. En algunas realizaciones, el módulo de control SCADA y el PPC 150 pueden localizarse en un anexo de la planta de energía eólica 100. Se entiende que la localización física no plantea ninguna limitación a la operación de la planta de energía eólica 100.

En una realización, se proporciona un sensor 152 en el punto de acoplamiento común 146, y la salida resultante se proporciona al PPC 150 para monitorizar las características eléctricas de la red de distribución eléctrica 160. Una característica de tensión y corriente puede monitorizarse y procesarse posteriormente en diversos formatos de características útiles por el PPC 150.

De acuerdo con diversas realizaciones, la pluralidad de generadores de turbina eólica puede incluir uno o más tipos o versiones de generadores de turbina eólica. Un generador de turbina eólica 121 está representado esquemáticamente y puede ejemplificar de manera representativa un generador de turbina eólica de la pluralidad de generadores de turbina eólica. El generador de turbina eólica 121 puede incluir una pluralidad de palas de rotor que accionan un árbol principal rotatorio que está acoplado mecánicamente a una caja de cambios que aumenta la rotación para un árbol de generador de alta velocidad de un sistema de producción de potencia 122. En una realización, el sistema de producción de potencia 122 incluye un generador de inducción doblemente alimentado (DFIG en el que el árbol de generador está acoplado al rotor de generador o tipo 3). En una realización, el generador es un generador del generador de convertidor completo (tipo 4). El generador de tipo 4 está acoplado a un convertidor de potencia de escala completa. El método que se describe en las realizaciones de la presente divulgación puede aplicarse tanto a la máquina de tipo 3 como a la máquina de tipo 4. En el generador de inducción doblemente alimentado, el par mecánico se convierte en potencia eléctrica, que posteriormente se proporciona a un convertidor de frecuencia para el acondicionamiento de la potencia. La salida del convertidor de frecuencia se intensifica con un transformador proporcionado en la turbina, que posteriormente produce una potencia eléctrica con una capacidad nominal de 30 kV (puede ser cualquier tensión nominal de 10 kV a 35 kV) en la rama de transmisión 110. En diversas realizaciones, el transformador puede aumentar la potencia eléctrica hasta una tensión nominal de 10 V a 35 kV.

En otras realizaciones, las turbinas en la planta pueden incluir un sistema de producción de potencia que incluye un generador que puede ser un generador síncrono alimentado individualmente, un generador de inducción, un generador de imanes permanentes o cualquier otro tipo de generador que incluya un devanado de estator. Además, las turbinas en otras realizaciones pueden incluir un sistema de producción de potencia que incluye un accionamiento directo u otros sistemas de accionamiento alternativos, que eliminan el uso de una caja de cambios tradicional. Cualquier configuración eléctrica del sistema de producción de potencia de la turbina eólica puede ser posible para cumplir el fin de la generación de energía eléctrica a partir de la captura cinética del viento.

De acuerdo con una realización, en una operación normal, el generador de turbina eólica 121 recibe una referencia de potencia del PPC 150, de tal manera que se genera una salida controlada de potencia eléctrica. Las referencias de potencia generadas por el PPC 150 dependen de la condición operativa de la red de distribución, tal como la experimenta el operador de la red de distribución, así como del viento actualmente experimentado para la conversión de energía. En una realización, la referencia de potencia del PPC 150 puede proporcionarse como una referencia de potencia activa P* y una referencia de potencia reactiva Q*, que indica al generador de turbina eólica 121 la cantidad de potencia requerida a generar y suministrar por el generador de turbina eólica 121 como parte de la contribución de la planta de energía eólica a la red de distribución eléctrica 160. En una realización, la referencia de potencia del PPC 150 también puede ser una referencia de factor de potencia, que puede definirse como la relación de la potencia real de la carga con la potencia aparente en el circuito, es decir, la relación de la potencia activa con la potencia reactiva.

En una realización, el generador de turbina eólica 121 incluye un controlador de turbina eólica (no mostrado). El controlador de turbina eólica incluye capacidades de control para controlar diversos aspectos de la funcionalidad de la turbina eólica, por ejemplo, la optimización de la captura del viento en las capacidades de guiñada de góndola e inclinación de pala, procedimientos de emergencia, tales como freno de emergencia o apagado de turbina, o control de producción eléctrica. En diversas realizaciones, el controlador de turbina eólica está configurado para maximizar la producción de potencia, a la vez que evitar daños a la turbina eólica o a la carga.

En una realización, el controlador de turbina eólica puede incluir un controlador de potencia de turbina eólica 124. El controlador de potencia de turbina eólica 124 puede proporcionarse con potencia de procesamiento, como ordenadores, microprocesadores, microcontroladores, placas de procesamiento de señal digital (DSP), circuitos integrados de aplicación específica (ASIC) o cualquier otro, y con módulos de memoria adecuados adjuntos o cualquier medio de almacenamiento legible por ordenador transitorio.

El controlador de potencia de turbina eólica 124 se proporciona para la supervisión de la capacidad de producción de potencia del generador de turbina eólica 121. En diversas realizaciones, el controlador de potencia de turbina eólica 124 está acoplado al PPC 150 y recibe del PPC una referencia de potencia activa P* y una referencia de potencia reactiva Q* para un requisito de provisión del generador de turbina eólica 121 a la planta 100. Además, el controlador de potencia de turbina eólica 124 está acoplado y en comunicación constante con el controlador de turbina eólica. En diversas realizaciones, se proporciona información con respecto al control del generador de turbina eólica 121 al controlador de turbina eólica para su ejecución, y se proporciona información de sensor al controlador de potencia de turbina eólica 124 para usar en la optimización de la generación de potencia por el generador de turbina eólica 120. En condiciones operativas normales, la turbina seguirá las referencias P* y Q* del PPC.

En una realización, el controlador de potencia de turbina eólica 124 está acoplado a un sensor de tensión 126 configurado para tomar una medición de tensión eléctrica en el punto de acoplamiento del generador de turbina eólica 121 a la planta de energía eólica 100. En una realización, el sensor de tensión está configurado para tomar una medición de tensión eléctrica en el punto de acoplamiento del generador de turbina eólica 121 a la línea de transmisión 110 como parte de la planta de energía eólica 100. El controlador de potencia de turbina eólica 124 recibe una salida del sensor de tensión 126, que refleja una tensión de la línea de transmisión 110 de la planta de energía eólica 100, que también es una representación de la tensión de red de distribución de la red de distribución eléctrica 160 acoplada con la planta de energía eólica 100.

Cada uno de los generadores de turbina eólica 120 en la planta de energía eólica 100 incluye de manera similar una entrada de sensor de tensión, estando el sensor de tensión configurado para tomar una medición de tensión eléctrica en el punto de acoplamiento de cada uno de la pluralidad de generadores de turbina eólica 120 a una línea de transmisión de la planta de energía eólica. Cada sensor de tensión proporcionaría una lectura individual a un controlador de potencia de turbina eólica proporcionado en cada uno de la pluralidad de generadores de turbina eólica 120 en la planta de energía eólica. Aunque es un reflejo de la tensión de red de distribución acoplado a la red de distribución eléctrica 160, que puede tomarse del sensor 152, cada sensor de tensión 126 proporcionaría una lectura ligeramente diferente en vista de las diferentes características eléctricas físicas, como la impedancia, la capacitancia y la inductancia de cada localización de medición en el punto de acoplamiento común 146.

En una realización, se proporciona un sensor de tensión en cada una de las líneas de transmisión 110, 112, 114 de la planta de energía eólica. Tal sensor de tensión registra y monitoriza las características de tensión eléctrica de la planta de energía eólica en cada línea de transmisión y proporciona una lectura de salida a cada uno de los generadores de turbina eólica acoplados a la línea de transmisión. Tal disposición podría ser adecuada para cuando la línea de transmisión incluye generadores de turbina eólica relativamente cerca unos de otros, permitiendo de este modo un tiempo de retraso mínimo en la transmisión de datos, así como solo una ligera desviación en la variación de la transmisión eléctrica física.

De acuerdo con diversas realizaciones, las lecturas de medición de la red de distribución pueden tomarse por el sensor 152, que puede ser un conjunto de diversos sensores. En el análisis del sistema de potencia, se sabe clasificar la intensidad de una red de distribución eléctrica 160 en función de una "relación de cortocircuito" (SCR). Tal determinación puede darse por:

SCR = AQ/AV (1)

donde AQ es el cambio en la potencia reactiva y A V es el cambio en la tensión de red de distribución.

A partir de la ecuación (1), puede observarse que cuanto menor sea el valor de SCR, mayor será una fluctuación de tensión en la red de distribución eléctrica para un intercambio de potencia reactiva dado en el punto de acoplamiento común. Si la SCR es inferior a 3, la red de distribución puede considerarse como una "red de distribución débil". SCR también puede definirse de la siguiente manera:

^{C / - V D Falla m ín (MVA) en PCC} SCR = MW to ta les conectados ( 2) Además, habitualmente, las redes de distribución débiles tienen una baja relación de reactancia a resistencia ("X/R"), lo que indica un carácter óhmico relativamente mayor para la red de distribución. Una relación X/R tan baja puede indicar que el flujo de potencia activa tiene un impacto relativamente alto en la tensión de red de distribución resultante.

A partir de las ecuaciones (1) y (2), puede observarse que, en una red de distribución débil, hay un acoplamiento o relación entre la potencia activa y la tensión de red de distribución. Como tal, con una fluctuación en la tensión, puede observarse una fluctuación correspondiente en la potencia de salida, y viceversa. Por lo tanto, en un entorno de red de distribución débil, puede producirse una fluctuación de tensión con el intercambio de potencia activa y reactiva en el punto de acoplamiento común 146.

De acuerdo con diversas realizaciones, se proporciona un método para operar una planta de energía eólica. En dicho método, se introduce un nuevo modo operativo. En las realizaciones, se introduce un "modo de red de distribución débil" en el método para operar una planta de energía eólica 100, que puede ejecutarse o realizarse por el PPC 150. En algunas realizaciones, el PPC 150 puede calcular la SCR, basándose en la ecuación (1), con respecto a la barra de bus de distribución de planta 136 o en el punto de acoplamiento común 146 de la planta de energía eólica. En general, la SCR se determina a partir de mediciones tomadas en la barra de bus 136. La SCR puede recalcularse constantemente para proporcionar una indicación actualizada de la intensidad de la red de distribución eléctrica 160. En algunas realizaciones, el cálculo de SCR se actualiza cada 10 segundos. En algunas realizaciones, la planta de energía eólica 100 entra en un modo de red de distribución débil cuando la SCR es inferior a 3. En consecuencia, puede establecerse un estado de red de distribución débil en 1, cuando se determina que la SCR de la red de distribución es inferior a 3. El PPC 150 puede cambiar una indicación de estado de red de distribución débil basándose en la SCR de la red de distribución.

En un modo de red de distribución débil, y cuando la planta de energía eólica 100 está operando en una condición de estado estacionario, si la red de distribución eléctrica experimenta una salida o fluctuación de tensión más allá de un intervalo operativo normal, se envía una revisión a la referencia de potencia P*. Una tensión de red de distribución de referencia o un intervalo operativo definido normal puede ser 1,0 pu ± 10 % (o 0,9 - 1,1 pu). En algunas realizaciones, el intervalo operativo definido puede refinarse y alcanzarse después de un estudio del sitio eléctrico de la planta de energía eólica. Tal estudio del sitio eléctrico puede ser un análisis de ingeniería detallado o un modelado y simulación operativa de sistemas de potencia de la planta de energía eólica. Como se ha indicado, el PPC 150 determina la cantidad de potencia a generar por la planta de energía eólica y proporciona una referencia de potencia activa P* a los generadores de turbina eólica. En un modo de red de distribución débil, la referencia de potencia activa P* puede modificarse hasta un valor más bajo Pmín, para reducir la aparición de una reactivación de la tensión de operación en falla (FRT) y por consideraciones de estabilidad. En algunas realizaciones, la Pmín puede determinarse a través de estudios de análisis de ingeniería. En una realización, se determina que la Pmín sea 0,5 pu. La figura 4 ilustra una gráfica de potencia activa de acuerdo con una realización. La gráfica 400 puede indicar la cantidad de potencia activa que debe proporcionar la planta de energía eólica, de acuerdo con una realización. En un modo de red de distribución débil, cuando la tensión de red de distribución cae por debajo de 0,9 pu, la potencia activa se reduce a la cantidad indicada por una referencia de potencia Pmín, como se muestra en la curva 430. Puede observarse que P mín es 0,5 pu. En otras realizaciones, Pmín se determina a través de un análisis de ingeniería. Lo correspondiente es cierto, al reducir la potencia activa, cuando la tensión de red de distribución supera 1,1 pu. En consecuencia, cuando se recupera la tensión de red de distribución, puede recuperarse la potencia activa de la planta de energía eólica. La curva 420 indica el retorno a la producción pico en respuesta a la recuperación de la tensión de red de distribución. La velocidad de disminución de 410 y la velocidad de aumento de 420 pueden ser diferentes. En algunas realizaciones, la velocidad de disminución es más rápida que la velocidad de aumento. En otras realizaciones, la velocidad de disminución y la velocidad de aumento pueden ser las mismas. La pendiente es preferentemente específica del sitio y se calcula a través de un análisis de ingeniería detallado de la instalación de la planta de energía eólica.

En algunas realizaciones, cuando la planta de energía eólica 100 entra en un modo de red de distribución débil, el PPC 150 modifica la P* a Pmín y envía la referencia de potencia activa modificada a cada generador de turbina eólica 120. Como tal, cuando la tensión de red de distribución se desvía fuera del intervalo operativo normal, la potencia activa se reduce a nivel de Pmín. Además, si las turbinas eólicas entran en modo FRT, la potencia activa a generar y entregar se basará en la P mín Proporcionada.

En algunas realizaciones, el PPC 150 puede entrar en un modo FRT cuando la tensión de red de distribución se desvía de un intervalo operativo normal y está por debajo de un valor umbral. En algunas realizaciones, los intervalos operativos pueden diferir, por ejemplo, la P* puede modificarse a Pmín cuando la tensión se desvía de un intervalo de 1,0 pu ± 10 %, mientras que puede entrarse en el modo FRT cuando la tensión se desvía de un intervalo de 1,0 pu ± 15 %. Cabe señalar que cuando el PPC 150 entra en un modo FRT, todos los controles y variables habituales se bloquean. También cabe señalar que antes de dicho bloqueo, la P* se habrá modificado a Pmín para su entrega a las turbinas eólicas 120.

La figura 5 ilustra un par de modelos de estado de acuerdo con una realización. De acuerdo con una realización, el PPC 150 puede incluir un módulo de estado o un controlador de estado o una máquina de estado 500. De acuerdo con las realizaciones, la máquina de estado 500 puede proporcionarse para la operación de diversas capacidades de generación de potencia dentro de la planta de energía eólica 100. En una realización, la máquina de estado 500 puede proporcionarse para controlar un estado operativo de planta de energía eólica, que puede determinar el estado operativo de los generadores de turbina eólica 120 en la planta de energía eólica.

En una realización, el controlador de potencia de turbina eólica 124 puede incluir una máquina de estado 550 que puede reflejar la máquina de estado 500 del PPC 150. Puede proporcionarse un modelo de estado similar 560 en la máquina de estado en el PPC 150 y las máquinas de estado en generadores de turbina eólica individuales para una operación simplificada. Como se ha indicado anteriormente, el controlador de potencia de turbina eólica de cada generador de turbina eólica está acoplado al PPC 150 con una conexión de transmisión de datos de fibra óptica, que puede proporcionar una actualización instantánea eficaz de la máquina de estado de turbina eólica, cuando se realiza un cambio de estado en la máquina de estado 500 del PPC 150.

En una realización, la máquina de estado 500 proporciona un modelo de estado 510 relacionado con un proceso de gestión de fallas en un modo de red de distribución débil. En una realización, el modelo de estado 510 se proporciona para gestionar un evento de red de distribución de baja tensión o un evento de caída de tensión de red de distribución, cuando la tensión de red de distribución cae por debajo de un nivel de referencia a un nivel de falla de baja tensión. En algunas realizaciones, el modelo de estado 510 se proporciona para un modo de tensión de operación en falla de la planta de energía eólica 100. En consecuencia, puede proporcionarse un modelo de estado correspondiente 560 para operar en una máquina de estado 550 que puede alojarse en un controlador de potencia de turbina eólica 124 en un generador de turbina eólica 120, pudiendo el modelo de estado 560 proporcionarse para un modo de tensión de operación en falla del generador de turbina eólica 120.

En una realización, el modelo de estado 510 incluye un estado 0 512, que se refiere a un estado que regula la operación normal o habitual para la planta de energía eólica 100. Tal estado también puede correlacionar con un modo operativo, que puede considerarse un modo operativo de intensidad de red de distribución normal. En el estado 0512, la planta de energía eólica 100 recibe unos puntos de ajuste del operador de la red de distribución, si los hubiera, y proporciona las referencias de potencia resultantes a los generadores de turbina eólica 120 instalados como parte de la planta de energía eólica 100. El estado 0512 habitualmente puede incluir una situación en la que la funcionalidad de la red de distribución eléctrica 160 se proporciona en un estado de referencia regular, por ejemplo, la frecuencia de red de distribución y la tensión de red de distribución eléctrica 160 están dentro de un marco de referencia. En una realización, la red de distribución eléctrica 160 puede tener una frecuencia de red de distribución de referencia de aproximadamente 50 Hz ± 0,5 Hz, y una tensión de red de distribución de referencia de aproximadamente 1,0 pu < 10 %. Las características de red de distribución que se encuentran dentro de dicha referencia pueden considerarse operaciones normales.

De acuerdo con diversas realizaciones, en una operación normal en el estado 0512, la planta de energía eólica 100 trata, en general, de proporcionar su potencia nominal a la red de distribución eléctrica 160. Puede entenderse que la potencia nominal sea la potencia máxima que puede entregarse a la planta cuando un viento incidente está en el intervalo ideal en un generador de turbina eólica para la conversión de energía. En consecuencia, el modelo de estado 560 para la operación por la máquina de estado 550 en el generador de turbina eólica 120 puede incluir un estado operativo normal 0562.

En diversas realizaciones, el PPC 150 determina si la red de distribución eléctrica cumple un criterio de red de distribución débil. Como se ha mencionado anteriormente, puede hacerse un cálculo SCR, para el cual un valor SCR de menos de 3 puede indicar un entorno de red de distribución débil. El PPC 150 puede determinar, cuando la planta está en un entorno de red de distribución débil, cambiar el estado operativo en el modelo de estado, de un estado operativo normal del estado 0512, a un estado de red de distribución débil del estado 1514. Tal cambio de estado se proporciona correspondientemente al controlador de potencia de turbina eólica 124 y, en una realización, una máquina de estado que opera dentro del controlador de potencia de turbina eólica 124. En un estado de red de distribución débil 1514, el PPC 150 puede modificar una referencia de potencia activa P* a una P mín reducida y entregar la referencia de la P mín reducida a los generadores de turbina eólica 120. En algunas realizaciones, la modificación de la referencia de potencia activa a una P mín reducida puede tener lugar en función de una segunda tensión umbral que difiere de la tensión umbral de falla de red de distribución. En algunas realizaciones, los generadores de turbina eólica 120 pueden operar y generar una potencia activa en función de la P mín reducida cuando la tensión de red de distribución se desvía más allá de la segunda tensión umbral. En algunas realizaciones, los generadores de turbina eólica pueden generar en función de la P mín reducida cuando la tensión de red de distribución se desvía de un intervalo de tensión de red de distribución operativa normal de aproximadamente 1,0 pu ± 10 % (es decir, 0,9 - 1,1 pu). En algunas realizaciones, dicho intervalo de tensión para la tensión de red de distribución operativa normal puede ser específico del sitio y puede obtenerse después de un análisis detallado del sistema de potencia de la planta de energía eólica.

En diversas realizaciones, el sensor 152 puede detectar una desviación en la tensión de red de distribución con respecto a un intervalo operativo definido normal en el punto de acoplamiento común 146 a la red de distribución eléctrica 160. Tal desviación puede indicar una falla en la red de distribución. En una realización, la desviación es una caída de tensión por debajo del umbral de referencia que provoca una falla en la red de distribución de baja tensión. Al detectar una falla en la red de distribución, el PPC 150, o en una realización, la máquina de estado 500 en el PPC 150, puede cambiar el estado operativo en el modelo de estado 510 del estado operativo de red de distribución débil del estado 1514, a un estado de tensión de operación en falla de red de distribución débil del estado 2 516, también conocido como modo FRT. Tal cambio de estado se proporciona correspondientemente al controlador de potencia de turbina eólica 124, y la máquina de estado 550 que opera dentro del controlador de potencia de turbina eólica 124 para cambiar la operación en el modelo de estado 560 a un estado de tensión de operación en falla de red de distribución débil 2566. También cabe señalar que, si la planta no está operando en el estado de red de distribución débil 1 514, sino en el estado operativo normal 0 512, el proceso de tensión de operación en falla y recuperación de fallas sigue el orden normal.

En una realización, el cambio de estado del estado 1514 al estado 2516 tiene lugar cuando la tensión de red de distribución cae por debajo de una tensión de referencia Vcaída, es decir, donde Vred de distribución <Vcaída. En una realización, la tensión de referencia Vcaída se establece en el umbral inferior de una tensión de red de distribución de referencia para una operación normal, por ejemplo, 0,9 pu, cuando la tensión de red de distribución de referencia o el intervalo operativo definido normal es 1,0 pu ± 10 %. En otra realización, la tensión de referencia Vcaída se establece en 0,85 pu.

Cabe señalar que en el estado 2 516, en vista de la desviación en la tensión, la potencia activa generada por la planta de energía eólica y los generadores de turbina eólica se reduce a un nivel basado en el valor de referencia de laPmín. En algunas realizaciones, el valor de referencia de la P mín se refiere a la generación de potencia activa a 0,5 pu. En otras realizaciones, la Pmín puede establecerse para reducir la generación de potencia activa a, por ejemplo, el 40 % del valor P* antes de la desviación en la tensión de red de distribución. Dicha reducción se produce más allá del ajuste operativo de la tensión de operación en falla habitual, para lo cual se requiere una cierta cantidad de potencia reactiva, en función del nivel de tensión de red de distribución, y para lo cual se reduce una cantidad de potencia activa generada, para dar cabida a la generación de potencia reactiva. La cantidad de potencia reactiva requerida se basa habitualmente en los requisitos de la red de distribución. De acuerdo con la presente divulgación, la P mín modificada establece una cantidad más estricta de reducción para la planta de energía eólica, y al reducir la cantidad de potencia activa generada y proporcionada durante la recuperación de la tensión de red de distribución con respecto a una desviación, puede proporcionar una mayor estabilidad en un entorno de red de distribución débil.

De acuerdo con las realizaciones, antes de entrar al modo FRT, el PPC 150 realiza una modificación de P* a P mín y emite la referencia de potencia activa modificada a los generadores de turbina eólica 120 en la planta de energía eólica 100. Posteriormente, al entrar en modo FRT, el PPC 150 habitualmente bloquea todos los controles y variables, y permite la operación independiente de las turbinas eólicas individuales 120 para realizar el proceso de tensión de operación en falla.

En una realización, el controlador de potencia de turbina eólica 124 en un controlador de turbina eólica recibe una indicación de cambio de estado al estado 2566 desde el PPC 150 y entra en un modo FRT. En el modo FRT, se espera que los generadores de turbina eólica 120 en la planta de energía eólica permanezcan conectados a la red de distribución eléctrica, a pesar de una caída en la tensión de red de distribución. Como las caídas de tensión pueden provocarse por una generación de potencia demasiado baja para una carga de consumo eléctrico en la red de distribución de transmisión eléctrica, una desconexión de otros generadores de potencia puede provocar una reacción adicional que puede llevar a la caída de toda la red de distribución de transmisión eléctrica. La tensión de operación en falla de baja tensión (o alta tensión) en generadores de turbina eólica se ha enseñado en diversas publicaciones y para las diferentes variaciones de generadores de turbina eólica no se desarrollarán detalles en la presente divulgación.

A medida que la tensión de red de distribución se recupera y aumenta a partir de la caída de baja tensión, que había activado el estado de tensión de operación en falla de red de distribución débil 2516, en parte con la ayuda de la inyección de corriente reactiva de la planta de energía eólica 100, la tensión de red de distribución pasa una tensión de referencia predeterminada como una condición de referencia para el cambio de estado de acuerdo con el modelo de estado 510. De acuerdo con una realización, se proporciona una condición para la operación de la planta de energía eólica 100 junto con una recuperación de tensión de red de distribución eléctrica a partir de una caída de tensión cuando la tensión de red de distribución supera una referencia de caída de tensión. Tal condición puede proporcionarse como V red de distribución > Vcaída. De acuerdo con otra realización, la condición puede incluir además un factor de temporización, por ejemplo, mantener una tensión de red de distribución de recuperación durante un cierto período de tiempo. En una realización, puede proporcionarse una condición para la recuperación como V red de distribución > Vcaída, mantenida constantemente durante un período de 50 ms. En diversas realizaciones, el factor de temporización puede ser de 20 ms o 100 ms o más.

Al cumplir una condición predeterminada de este tipo, que indica una recuperación inicial de la tensión de red de distribución eléctrica, la máquina de estado 500 que opera en el PPC 150 de la planta de energía eólica 100 cambia el estado operativo en el modelo de estado 510 del estado de tensión de operación en falla de red de distribución débil 2516 a un estado de recuperación de fallas de red de distribución débil 3518. El estado de recuperación de fallas también puede conocerse como modo de recuperación PQ. Tal cambio de estado se proporciona correspondientemente al controlador de potencia de turbina eólica 124, y, en una realización, una máquina de estado 550 que opera dentro del controlador de potencia de turbina eólica 124. La máquina de estado está dispuesta para cambiar la operación en el modelo de estado 560 a un estado de recuperación de fallas de red de distribución débil 3568.

En el estado de recuperación de fallas de red de distribución débil 3518, la planta de energía eólica 100 ya no es necesaria para proporcionar una salida completa de corriente reactiva. Sin embargo, los múltiples códigos de la red de distribución aún permiten que las plantas generadoras conectadas continúen proporcionando soporte de recuperación durante un período de tiempo adicional. De acuerdo con las realizaciones, la planta de energía eólica 100 puede operar en el estado de recuperación de fallas de red de distribución débil 3 518 durante aproximadamente 10 segundos. En una operación de tensión de operación en falla habitual en un entorno de red de distribución no débil, cabe señalar que dicho estado de recuperación de fallas normalmente dura del orden de aproximadamente 500 ms. En algunas realizaciones, la planta de energía eólica 100 puede operar en el estado de recuperación de fallas de red de distribución débil 3 518 hasta aproximadamente 600 segundos. El período prolongado en el estado de recuperación de fallas de red de distribución débil es para permitir que se estabilice la tensión de red de distribución en la red de distribución débil 160.

De acuerdo con una realización, en el estado de recuperación de fallas de red de distribución débil 3518, cada generador de turbina eólica 120 puede operar independientemente para generar potencia eléctrica. En tal caso, el generador de turbina eólica 121, al igual que los otros generadores de turbina eólica 120 en la planta de energía eólica 100, recibe una instrucción del PPC 150 para realizar un proceso de recuperación de fallas. Como alternativa, la planta de energía eólica 100 puede operar una pluralidad de generadores de turbina eólica para generar independientemente potencia eléctrica, y operar al menos otro generador de turbina eólica basándose en un control determinado en el PPC.

La instrucción para realizar el proceso de recuperación de fallas se proporciona al controlador de potencia de turbina eólica 124 del generador de turbina eólica 121 cuando la máquina de estado 500 realiza el cambio de estado al estado de recuperación de fallas de red de distribución débil 3518. En una realización, cuando la máquina de estado que opera dentro del controlador de potencia de turbina eólica 124 recibe un cambio en la instrucción de estado de la máquina de estado 500 en el p Pc 150 al estado 3 518, el controlador de potencia de turbina eólica 124 se configura para realizar un proceso de recuperación de fallas.

En un proceso de recuperación de fallas, la planta de energía eólica 100 reanuda la producción de potencia activa y la entrega a la red de distribución eléctrica 160. En algunas realizaciones, bajo el estado de recuperación de fallas de red de distribución débil 3 518, la planta de energía eólica 100 produce una cantidad reducida o limitada de potencia activa que se entrega a la red de distribución eléctrica 160. De acuerdo con las realizaciones, los generadores de turbina eólica 120 generan una potencia activa de acuerdo con la referencia de potencia activa P mín durante el estado de recuperación de fallas de red de distribución débil 3518. Además, en algunas realizaciones, en el estado de recuperación de fallas de red de distribución débil 3 518, la potencia activa máxima que pueden proporcionar los generadores de turbina eólica 120 puede definirse por el usuario. En algunas realizaciones, la potencia activa máxima que los generadores de turbina eólica 120 pueden producir en el estado de recuperación de fallas de red de distribución débil 3568 está limitada al 40 % de la P* antes de entrar en el estado de tensión de operación en falla 2 566. En algunas realizaciones, la potencia reactiva máxima que los generadores de turbina eólica 120 pueden producir en el estado de recuperación de fallas de red de distribución débil 3568 está limitada a 0,5 pu.

En diversas realizaciones, bajo el estado de recuperación de fallas de red de distribución débil 3518, el PPC 150 puede operar la planta de energía eólica 150 en un modo de control de tensión. En algunas realizaciones, bajo el estado de recuperación de fallas de red de distribución débil 3518, el controlador de potencia de turbina eólica 124 puede operar el generador de turbina eólica 121 en un modo de control de tensión. Con respecto a la generación de potencia reactiva, durante una operación normal (estado 0512) o en una operación de red de distribución débil en condiciones de tensión de red de distribución normales (estado 1514), el PPC 150 genera la referencia de potencia reactiva Q* en función de los requisitos de red de distribución y se proporciona al controlador de potencia de turbina eólica 124 para la generación y salida del generador de turbina eólica 121. Durante una falla de red de distribución y en el estado de tensión de operación en falla de red de distribución débil (estado 2516), los generadores de turbina eólica 120 no siguen ningún control o referencia de potencia reactiva. Los generadores de turbina eólica 120 simplemente producen y proporcionan potencia reactiva o corriente reactiva basándose en el perfil de la tensión de operación en falla y la tensión de turbina o la tensión del lado de la red de distribución.

En el estado de recuperación de fallas de red de distribución débil 3518, el controlador de potencia de turbina eólica 124 puede ignorar la referencia de potencia reactiva originalmente proporcionada por el PPC 150 - Q* (ppc), que puede proporcionarse antes de la falla de la red de distribución. Bajo el control de tensión, una referencia de potencia reactiva Q *(vc) puede generarse en su lugar por el controlador de potencia de turbina eólica 124 para generar potencia reactiva para su provisión a la red de distribución eléctrica.

Al determinar Q *(vc), el sensor de tensión 126 puede obtener una lectura de tensión Vwtg, que posteriormente se compara con una tensión de referencia predeterminada Vref, que puede establecerse en un valor en el intervalo operativo normal definido anteriormente, es decir, 0,9 pu < Vref <1,1 pu. La diferencia de tensión resultante Vdif = Vref -Vwtg, puede utilizarse para determinar una referencia de corriente, pudiendo la referencia de corriente ser una referencia de corriente reactiva Q *(^vc) que puede indicar la cantidad deseada de corriente reactiva a proporcionar por el generador de turbina eólica 121 a la red de distribución de energía eléctrica 160.

La cantidad de corriente reactiva, basada en la referencia de corriente reactiva Q *(vc), a proporcionar por el generador de turbina eólica 121 a la red de distribución de energía eléctrica 160 se proporciona de tal manera que proporcione una función de control de tensión para el generador de turbina eólica 121. Al proporcionar una cierta cantidad de corriente reactiva, el generador de turbina eólica 121 pretende modificar la tensión de red de distribución, de tal manera que se logre una tensión de referencia predeterminada o una tensión de referencia objetivo Vref. Al realizar un método de control de tensión, en lugar de proporcionar una inyección de corriente reactiva fija basada en una curva predeterminada, o una referencia de corriente reactiva generada anteriormente, la planta de energía eólica 100 proporciona una inyección que pretende modificar la tensión de red de distribución a un nivel de referencia predeterminado, de una manera que funcione como un controlador de tensión para la red de distribución eléctrica. De acuerdo con diversas realizaciones, al operar un método de control de tensión, la planta de energía eólica 100 está dispuesta de tal manera que una cantidad de las pérdidas de potencia reactiva totales puede cubrirse por los bancos de condensadores 156 en la subestación 140. En algunas realizaciones, los bancos de condensadores pueden cubrir más del 60 % de las pérdidas de potencia reactiva. En algunas realizaciones, operar un método de control de tensión puede aumentar la estabilidad del sistema eléctrico al reducir la aparición de disparos por sobretensión.

De acuerdo con las realizaciones, la planta de energía eólica 100 opera en el estado 3518 durante un período de tiempo antes de regresar al estado 1514. En una realización, la máquina de estado realiza un cambio del estado de recuperación de fallas de red de distribución débil 518 a un estado de red de distribución débil 514 una vez que se cumple una condición de salida. En una realización, una condición de salida es un período de tiempo de estado de recuperación de fallas predeterminado. En algunas realizaciones, el período de tiempo puede ser de 10 segundos a 600 segundos. En una realización, una condición de salida es el mantenimiento de la tensión de red de distribución fuera de un intervalo umbral durante un período de tiempo de estado de recuperación de fallas predeterminado. El período de tiempo puede reiniciarse cuando la tensión de red de distribución continúa fluctuando y se desvía del intervalo umbral. Esto proporciona un período de recuperación de fallas más seguro al estabilizar la red de distribución antes de proporcionar una potencia activa total. En algunas realizaciones, las condiciones de salida de recuperación de fallas pueden anularse por una solicitud del operador de la red de distribución eléctrica. Por ejemplo, el operador de la red de distribución eléctrica puede determinar la red de distribución eléctrica como estable y solicitar la generación de potencia nominal y el suministro a la red de distribución eléctrica.

En diversas realizaciones, el PPC 150 puede realizar una determinación de si la red de distribución eléctrica cumple un criterio de red de distribución débil, y si no lo hace, el PPC 150 puede cambiar el estado operativo en el modelo de estado, de un estado de red de distribución débil 514 a un estado operativo normal o en un modo operativo de intensidad de red de distribución normal del estado 0 512. Puede hacerse un cálculo SCR, y si el valor SCR es mayor que 3, el estado operativo cambia a un estado operativo normal 0512. Tal cambio de estado se proporciona correspondientemente al controlador de potencia de turbina eólica 124, y, en una realización, la máquina de estado 550 que opera dentro del controlador de potencia de turbina eólica 124 está dispuesta para cambiar la operación en el modelo de estado 560 a un estado operativo normal 562. En diversas realizaciones, después de que expire el período de tiempo de estado de recuperación de fallas predeterminado, el PPC 150 puede realizar un cálculo SCR, y si el valor SCR es mayor que 3, el PPCT 150 puede cambiar el estado operativo del estado de recuperación de fallas de red de distribución débil 3518 al estado operativo normal 512.

Tras cambiar el estado al estado 0512, el PPC 150 de la planta de energía eólica 100 genera y envía referencias de potencia P* y Q* a cada uno de los generadores de turbina eólica acoplados 120 en la planta de energía eólica 100, para generar potencia para aprovisionar la red de distribución eléctrica 160. Como puede observarse, una vez que el generador de turbina eólica 120 deja de operar en el estado 3, de operar en particular un proceso de recuperación de fallas en el estado 3, el controlador de potencia de turbina eólica 124 deja de determinar su propia referencia de corriente y, en su lugar, opera en función de las referencias de potencia recibidas del PPC 150. De acuerdo con diversas realizaciones, la potencia activa generada por la planta de energía eólica 100 se incrementa a partir de una cantidad reducida producida bajo P mín en el estado 3 a una producción de potencia activa nominal bajo P* en el estado 0, de acuerdo con una velocidad de aumento. En algunas realizaciones, la velocidad de aumento es más lenta que la velocidad de disminución definida anteriormente que se produce en el estado de red de distribución débil 1. En algunas realizaciones, la velocidad de aumento puede ser de aproximadamente 50 kW/segundo. En algunas realizaciones, la velocidad de aumento puede predeterminarse a través de un análisis de ingeniería de la planta de turbina eólica 100.

En diversas realizaciones, la máquina de estado 500 en el PPC 150 está en comunicación con la máquina de estado 550 en el controlador de potencia de turbina eólica 124 en cada uno de la pluralidad de generadores de turbina eólica 120. En algunas realizaciones, la máquina de estado 500 puede comunicar un cambio de estado operativo a la máquina de estado 550. En algunas realizaciones, la máquina de estado 500 puede comunicarse y forzar un cambio de estado operativo en la máquina de estado 550 basándose en el estado operativo en la máquina de estado 500. En algunas realizaciones, tanto la máquina de estado 500 como la máquina de estado 550 pueden emprender un cambio de estados operativos basándose en las características eléctricas obtenidas de los sensores de red de distribución 152 y el sensor de tensión de turbina eólica 126, respectivamente. En algunas realizaciones, la máquina de estado 550 puede comunicarse y forzar un cambio de estado operativo en la máquina de estado 500 basándose en el estado operativo en la máquina de estado 550.

En una operación habitual, cuando el PPC 150 o los generadores de turbina eólica 120 entran en un modo de tensión de operación en falla, que puede corresponder al estado de tensión de operación en falla de red de distribución débil 2516, todos los parámetros y la comunicación se bloquean, y la respuesta de la planta de energía eólica o la turbina eólica se basa en una entrada de mediciones características de la red de distribución. En algunas realizaciones, cuando la máquina de estado 500 del PPC 150 pasa del estado 2516 al estado 3518, la máquina de estado 500 puede comunicarse con la máquina de estado 550 en cada generador de turbina eólica para pasar correspondientemente del estado de tensión de operación en falla 2566 al estado de recuperación de fallas 3568.

Además, en una operación habitual, los generadores de turbina eólica individuales 120 pueden entrar en un modo de tensión de operación en falla en función de las características de tensión medidas por el sensor de tensión de turbina eólica 126, que está acoplado a la rama de transmisión respectiva 110 en la barra de bus de distribución de planta 136. También puede observarse que, en vista de las localizaciones variables de los generadores de turbina eólica 120 en el parque, puede haber en consecuencia una variación de las mediciones de tensión del lado de la red de distribución obtenidas por el sensor de tensión de turbina eólica 126. Dichas mediciones también pueden variar con respecto a las mediciones obtenidas por el sensor de red de distribución 152, que está notablemente más cerca de la conexión de acoplamiento de red de distribución en el punto de acoplamiento común 146. Esto puede conducir a una situación en la que los estados operativos de la máquina de estado difieren entre el PPC 150 y parte de la pluralidad de generadores de turbina eólica 120.

Por ejemplo, parte de la pluralidad de generadores de turbina eólica puede estar en un estado de recuperación de fallas de red de distribución débil 3568, mientras que el PPC aún permanece en el estado de tensión de operación en falla de red de distribución débil 2516, debido a que, por ejemplo, el sensor de red de distribución 152 no se registra cuando Vred de distribución^ Vcaída se mantiene constante durante un período de 50 ms. En algunas realizaciones, cuando un número predeterminado de generadores de turbina eólica han pasado del estado 2566 al estado 3568, mientras que el PPC aún permanece en el estado 2516, la máquina de estado 500 puede recibir comunicación de las máquinas de estado 550 de la pluralidad de generadores de turbina eólica, y puede forzar un estado operativo al estado 3 518. En algunas realizaciones, el número predeterminado de generadores de turbina eólica puede establecerse en el 30 % del número de generadores de turbina eólica 120 en la planta de energía eólica 100. Por supuesto, pueden aplicarse otros números representativos. En diversas realizaciones, puede aplicarse lo contrario, pudiendo el PPC, en el estado 1514, forzarse a entrar en el estado 2516, en función de un número predeterminado de generadores de turbina eólica que ya han entrado en el estado 2566 desde el estado 1564, en función de la medición de tensión de red de distribución local.

De acuerdo con diversas realizaciones, el estado operativo de la máquina de estado de un generador de turbina eólica elegido puede determinar o controlar el estado operativo del PPC 150 y todos los generadores de turbina eólica 120 en la planta de energía eólica 100. Tal generador de turbina eólica elegido puede identificarse basándose en una tensión de red de distribución, estando en un punto único central en una distribución relativa ponderada de las mediciones de tensión de red de distribución en la planta de energía eólica. Tal generador de turbina eólica puede predeterminarse para representar un estado de tensión de operación en falla de la planta de energía eólica. En algunas realizaciones, el sensor de tensión del generador de turbina eólica elegido obtiene mediciones características de red de distribución, y en función de estas mediciones, la máquina de estado en el controlador de potencia de turbina eólica establece en consecuencia los estados operativos en el modelo de estado. Cualquier cambio en el modelo de estado se toma además como representación de la planta de energía eólica, y la comunicación se realiza con el PPC y todos los demás generadores de turbina eólica en la planta y el estado operativo cambia en consecuencia. El generador de turbina eólica elegido puede determinarse a partir de un análisis detallado de ingeniería de la planta y, en algunas circunstancias, puede localizarse físicamente en el centro de la red de recogida de planta.

En otras realizaciones diferentes, un conjunto de sensores adicional puede acoplarse a la barra de bus de distribución de planta 136. Las mediciones de las características eléctricas de este conjunto de sensores pueden realimentar además al PPC 150, que puede cambiar el estado operativo de planta en consecuencia, para lo cual siguen correspondientemente los controladores en la pluralidad de generadores de turbina eólica en la planta. Dichas realizaciones pueden tener lugar con el fin de reducir la diferencia de tensión que regula los modos de tensión de operación en falla del PPC o los generadores de turbina eólica, o el estado de tensión de operación en falla de red de distribución débil 2516 o 566.

En diversas realizaciones, para facilitar una respuesta rápida en el cambio de estado operativo entre el PPC y diversos generadores de turbina eólica en la planta, se proporciona una red de comunicación rápida, independiente y además de la red SCADA establecida, que puede incluir una red de comunicación de fibra óptica entre el PPC y los componentes y los generadores en la planta de energía eólica. En algunas realizaciones, se proporciona una red de radioenlace rápida entre el PPC y la pluralidad de generadores de turbina eólica. En algunas realizaciones, se proporciona un enlace de comunicación por microondas. Dicha red de comunicación puede estar provista de un transceptor proporcionado en el PPC y en cada uno de los controladores de turbina eólica, o controladores de potencia. Dicha red de comunicación puede dedicarse a la comunicación del modelo de estado operativo, y ser independiente de todas las demás transmisiones de información, para permitir un control óptimo y eficiente de la planta de energía eólica, especialmente durante escenarios de eventos de red de distribución, donde el tiempo es esencial.

La figura 6 ilustra una gráfica 600 que muestra la variación de la potencia activa y la potencia reactiva en respuesta a una caída de tensión en un estado estable de acuerdo con una realización. En una realización representativa, una planta de energía eólica con una capacidad nominal de 190 MW y acoplada a una red de distribución débil experimenta una caída de tensión de red de distribución y opera de acuerdo con un método de una realización. La curva 610 se refiere a una cantidad de potencia activa generada por la planta de energía eólica y medida en el punto de acoplamiento común. La curva 620 corresponde a la curva 610 y se refiere a la cantidad de potencia reactiva generada por la planta de energía eólica y medida en el PCC. La operación en estado estacionario se representa mediante las curvas 610 y 620. Puede observarse que no hay reactivación de la operación en modo FRT, en comparación con la gráfica 10 de la figura 1.

Correspondiente al modelo de estado de la figura 5, en el tiempo de 0 segundos, la red de distribución eléctrica experimenta una caída de tensión, y la máquina de estado 500 cambia del estado operativo al estado de tensión de operación en falla de red de distribución débil 2516. Por lo tanto, la planta de energía eólica 100 realiza un proceso FRT en el estado 2516. Puede observarse que la potencia activa cae para permitir la inyección de potencia reactiva. En consecuencia, la tensión de red de distribución se recupera y el estado operativo cambia a un estado de recuperación de fallas de red de distribución débil 3518. La potencia activa generada por la planta de energía eólica aumenta de nuevo. Sin embargo, cabe señalar que la referencia de potencia activa se modifica por el PPC 150 antes del cambio al estado 2516, lo que hace que la planta de energía eólica genere potencia activa de acuerdo con la referencia de potencia activa Pmín durante el estado de recuperación de fallas de red de distribución débil 3518. Puede observarse a partir de la curva 610 que la potencia activa reducida generada es de aproximadamente 170 MW.

De acuerdo con diversas realizaciones, la generación de potencia activa reducida se mantiene durante el estado de recuperación de fallas 3518. En algunas realizaciones, el PPC 150 permanece en el estado de recuperación de fallas 3 518 durante aproximadamente 9 segundos. Posteriormente, aproximadamente 10 segundos después de caer la tensión de red de distribución, el PPC 150 pasa del estado de recuperación de fallas 3518 al estado de red de distribución débil 1512 o al estado operativo normal 0514, y aumenta hasta una producción de potencia activa nominal. Puede observarse que el aumento de la potencia activa lleva aproximadamente 4 segundos. Puede observarse que la cantidad de potencia reactiva se ve inversamente afectada por la cantidad de potencia activa generada.

La figura 7 ilustra una gráfica 700 que muestra la variación de la potencia activa y la potencia reactiva durante una caída de tensión en un estado transitorio de acuerdo con un ejemplo representativo. En una realización representativa, se realiza una simulación para la cual una planta de energía eólica con una capacidad nominal de 150 MW y acoplada a una red de distribución débil experimenta una caída de tensión de red de distribución y opera en consecuencia. Se muestra una operación transitoria, identificando la respuesta antes de la operación en estado estacionario. La gráfica 700 destaca la eficacia de operar con una salida de potencia activa reducida en un modo de recuperación de fallas después de la corrección de una desviación de tensión de red de distribución.

La curva 710 se refiere a la cantidad de potencia activa generada por la planta de energía eólica y medida en el punto de acoplamiento común. En el presente ejemplo representativo, después de resolver la falla, las turbinas intentan seguir la antigua P* durante aproximadamente 2 segundos. Posteriormente, el PPC proporciona una referencia de potencia activa modificada P mín, reduciéndose la potencia activa a aproximadamente 80 MW o 0,6 pu, lo que conduce a que la tensión de red de distribución y la operación de turbina se estabilicen. Cabe señalar que no se observan más reactivaciones en la salida de planta de energía eólica. La potencia activa se mantiene en el nivel reducido durante el modo de recuperación de fallas durante unos segundos y, a continuación, aumenta hasta un valor nominal basado en una velocidad de aumento predeterminada.

En una realización, la red de distribución eléctrica experimenta una falla por sobretensión de alta tensión o una elevación de la red de distribución. Similar a un evento de baja tensión, se espera que el generador de turbina eólica permanezca conectado a la red de distribución y no solo supere el evento de alta tensión, sino que también proporcione una potencia reactiva compensatoria con el fin de estabilizar la red de distribución. Tal proceso puede conocerse como tensión de operación en alta tensión (HVRT). Como la red de distribución eléctrica puede ser una red de distribución débil, puede proporcionarse un modelo de estado correspondiente para lograr el mismo fin de permitir que un generador de turbina eólica permanezca conectado de manera adaptativa a una red de distribución débil, al tiempo que contribuye a la estabilidad de la tensión. Diversas realizaciones también incluyen variaciones para soportar otros tipos de fallas de la red de distribución eléctrica, tales como fallas simétricas de la red de distribución, fallas asimétricas de la red de distribución, fallas de cortocircuito, etc.

La figura 8 ilustra un método para operar una planta de energía eólica de acuerdo con una realización. De acuerdo con una realización, el método 800 puede ser un método para operar una planta de energía eólica en un entorno de red de distribución débil, estando la planta de energía eólica acoplada a una red de distribución eléctrica e incluyendo un controlador de planta de energía para controlar una pluralidad de generadores de turbina eólica de la planta de energía eólica. En 802, el método puede incluir determinar si la red de distribución eléctrica cumple un criterio de red de distribución débil. En 804, cuando se cumple el criterio de red de distribución débil, el método puede incluir configurar el controlador de planta de energía para que opere en un modo de red de distribución débil. En 806, cuando una tensión de red de distribución se desvía de una tensión operativa normal más allá de una tensión umbral, el método de operar la planta de energía eólica en el modo de red de distribución débil puede incluir reducir y proporcionar una referencia de potencia activa de acuerdo con la que se controla la pluralidad de generadores de turbina eólica. En 808, cuando la red de distribución eléctrica se recupera de la desviación de tensión, el método puede incluir controlar cada generador de turbina eólica de la pluralidad de generadores de turbina eólica para generar una cantidad reducida de potencia activa con cada uno de la pluralidad de generadores de turbina eólica en función de la referencia de potencia activa proporcionada.

Al operar o controlar una planta de energía eólica con tal método, la planta de energía eólica está provista de la capacidad de cumplir con los requisitos del código de red de distribución, con especial atención a las situaciones de red de distribución débil. Tal método puede proporcionar un efecto estabilizador en una red de distribución débil que sufre un evento de tensión de red de distribución. Además, dicho método puede realizarse sin necesidad de un costoso equilibrio del equipo de compensación de planta. Habitualmente, tal funcionalidad proporcionada ventajosamente por el método de acuerdo con diversas realizaciones puede implementarse en las plantas de energía eólica y los generadores de turbina eólica existentes a través de una actualización de software, que se realiza sin mucha complicación en comparación con la instalación adicional de hardware o equipos. Ventajosamente, este método abre mercados adicionales a las plantas de energía eólica, al tratar de dar servicio a las interfaces de red de distribución eléctrica con problemas de distancia.

En una realización, cumplir el criterio de red de distribución débil puede incluir determinar una relación de cortocircuito de la red de distribución eléctrica; y determinar que la relación de cortocircuito es menor que un valor predeterminado.

En una realización, el método puede incluir mantener la generación de la cantidad reducida de potencia activa durante un período de tiempo predeterminado después de que la red de distribución se recupere de la desviación de tensión.

En una realización, el método puede incluir además aumentar la potencia activa generada por la pluralidad de generadores de turbina eólica después del período de tiempo predeterminado, realizándose el aumento de la potencia activa a una velocidad de aumento predeterminada.

En una realización, el método puede incluir aumentar la potencia activa a la capacidad máxima de cada uno de la pluralidad de generadores de turbina eólica.

En una realización, el método puede incluir verificar y satisfacer que la tensión de red de distribución esté dentro de un intervalo definido por la tensión umbral y la tensión operativa normal durante un período de tiempo predeterminado antes de aumentar la potencia activa generada.

En una realización, el método puede incluir proporcionar una cantidad variable de inyección de potencia reactiva durante el período de tiempo predeterminado, basándose la variación en una diferencia entre un nivel de referencia de tensión de red de distribución predeterminado y una cantidad de tensión de red de distribución medida.

En una realización, el método puede incluir determinar de nuevo si la red de distribución eléctrica cumple el criterio de red de distribución débil después del aumento de la potencia activa, y cuando no se cumpla el criterio de red de distribución débil, configurar el controlador de planta de energía para que opere en un modo operativo de intensidad de red de distribución normal.

En una realización, el método puede incluir, cuando la tensión de red de distribución se desvía más allá de una segunda tensión umbral con respecto a una tensión operativa normal, reducir la potencia activa generada por cada uno de la pluralidad de generadores de turbina eólica a la cantidad reducida de potencia activa.

En una realización, el método puede incluir controlar el controlador de planta de energía para proporcionar una indicación a la pluralidad de generadores de turbina eólica para salir del modo de tensión de operación en falla. En una realización, uno cualquiera de la pluralidad de generadores de turbina eólica está predeterminado para representar un estado de tensión de operación en falla de planta de energía eólica, y puede proporcionar una indicación al controlador de planta de energía para salir del modo de tensión de operación en falla.

En una realización, una cualquiera de la tensión umbral, la referencia de potencia reducida, la cantidad reducida de potencia activa, la cantidad rebajada de potencia activa, la velocidad de aumento y la velocidad de reducción de potencia activa se determina mediante un estudio de sitio eléctrico.

La figura 9 ilustra un diagrama de bloques de una planta de energía eólica 900 de acuerdo con una realización. La planta de energía eólica 900 está acoplada a una red de distribución eléctrica y puede incluir una pluralidad de generadores de turbina eólica 910. La planta de energía eólica puede incluir un controlador de planta de energía 920 configurado para controlar la pluralidad de generadores de turbina eólica. El controlador de planta 920 puede incluir un módulo de determinación de red de distribución débil 922, configurado para determinar si la red de distribución eléctrica cumple un criterio de red de distribución débil. El controlador de planta de energía 920 puede incluir además un controlador de estado operativo 924 configurado para establecer el controlador de planta de energía para que opere en un modo de red de distribución débil cuando se cumple el criterio de red de distribución débil. En una realización, el controlador de planta de energía 920 puede incluir un módulo de modificación de referencia de potencia 926, configurado para reducir y proporcionar una referencia de potencia activa de acuerdo con la que se controla la pluralidad de generadores de turbina eólica, cuando una tensión de red de distribución se desvía más allá de una tensión umbral con respecto a una tensión operativa normal. Cada uno de la pluralidad de generadores de turbina eólica 910 puede incluir un controlador de potencia de turbina eólica 912, configurado para generar una cantidad reducida de potencia activa basándose en la referencia de potencia activa proporcionada, cuando la red de distribución eléctrica se recupera de la desviación de tensión.

De acuerdo con una realización, pueden implementarse diversas características y componentes en la planta de energía eólica en uno o más circuitos y/o módulos que operan en procesadores acoplados o distintos.

En una realización, el módulo de determinación de red de distribución débil puede configurarse además para determinar una relación de cortocircuito para determinar si la red de distribución eléctrica cumple un criterio de red de distribución débil y determinar que el criterio de red de distribución débil se cumple cuando la relación de cortocircuito cae por debajo de un valor predeterminado.

En una realización, el controlador de planta de energía puede configurarse para mantener la generación de la cantidad reducida de potencia activa durante un período de tiempo predeterminado después de que la red de distribución se recupere de la desviación de tensión.

En una realización, el controlador de planta de energía puede configurarse para aumentar la potencia activa generada por la pluralidad de generadores de turbina eólica después del período de tiempo predeterminado, realizándose el aumento de la potencia activa a una velocidad de aumento predeterminada.

En una realización, el controlador de planta de energía puede configurarse para aumentar la potencia activa a la capacidad máxima de cada uno de la pluralidad de generadores de turbina eólica.

En una realización, el controlador de planta de energía puede configurarse para verificar y satisfacer que la tensión de red de distribución esté dentro del intervalo definido por la tensión umbral y la tensión operativa normal durante un período de tiempo predeterminado antes de aumentar la potencia activa generada.

En una realización, uno cualquiera del controlador de planta de energía o el controlador de potencia de turbina eólica puede configurarse para proporcionar una cantidad variable de inyección de potencia reactiva durante el período de tiempo predeterminado, basándose la variación en una diferencia entre un nivel de referencia de tensión de red de distribución predeterminado y una cantidad de tensión de red de distribución medida.

En una realización, el módulo de determinación de red de distribución débil puede configurarse para determinar de nuevo si la red de distribución eléctrica cumple el criterio de red de distribución débil después del aumento de la potencia activa, y el controlador de estado operativo puede configurarse para establecer el controlador de planta de energía para que opere en un modo operativo de intensidad de red de distribución normal cuando no se cumple el criterio de red de distribución débil.

En una realización, el controlador de planta de energía puede configurarse para reducir la potencia activa generada por cada uno de la pluralidad de generadores de turbina eólica a la cantidad reducida de potencia activa cuando la tensión de red de distribución se desvía más allá de una segunda tensión umbral con respecto a una tensión operativa normal.

En una realización, el controlador de planta de energía puede proporcionar una indicación a la pluralidad de generadores de turbina eólica para salir del modo de tensión de operación en falla.

En una realización, el controlador de potencia de turbina eólica de uno cualquiera de la pluralidad de generadores de turbina eólica puede proporcionar una indicación al controlador de planta de energía para salir del modo de tensión de operación en falla.

En una realización, la tensión umbral, la referencia de potencia reducida, la cantidad reducida de potencia activa, la cantidad rebajada de potencia activa, la velocidad de aumento o la velocidad de reducción de potencia activa pueden determinarse mediante un estudio de sitio eléctrico.

En una realización, la planta de energía eólica puede incluir un enlace de comunicación por radio entre el controlador de planta de energía y al menos una de la pluralidad de turbinas eólicas, configurado para realizar una indicación para salir de un modo de tensión de operación en falla hacia o desde el controlador de planta de energía.

De acuerdo con diversas realizaciones, se proporciona un producto de programa informático que puede cargarse directamente en la memoria interna de al menos un ordenador digital proporcionado en una planta de energía eólica, que incluye partes de código de software para realizar las etapas de un método de acuerdo con una realización de la presente divulgación cuando el producto de programa informático se ejecuta en el al menos un ordenador digital. En diversas realizaciones, un controlador para realizar una función operativa en la planta de energía eólica, que incluye, por ejemplo, pero sin limitarse a, un controlador de planta, un controlador de planta de energía, un controlador SCADA, un controlador de compensación, un controlador de turbina eólica, un controlador de potencia de turbina eólica, un controlador de potencia activa, un controlador de potencia reactiva, un controlador de estado operativo o una máquina de estado, puede incluir o puede ser parte de un ordenador digital configurado para recibir un producto de programa informático. En algunas realizaciones, los ordenadores digitales proporcionados en la planta de energía eólica están sincronizados y operan conjuntamente como parte de un sistema general.

El aparato, método y/o sistema anterior, como se ha descrito e ilustrado en las figuras correspondientes, no pretende limitarse a uno o cualquier aparato, método o sistema de acuerdo con una realización, y el alcance de la presente divulgación. La descripción incluye, además, explícita o implícitamente, diversas características y ventajas del método o sistema de acuerdo con la presente divulgación, que pueden incluirse dentro de un aparato, método o sistema de acuerdo con la divulgación.

Aunque las realizaciones de la divulgación se han mostrado y descrito especialmente con referencia a realizaciones específicas, los expertos en la materia entenderán que pueden realizarse diversos cambios en la forma y los detalles sin alejarse del alcance de la divulgación, como se define en las reivindicaciones adjuntas. De esta manera, el alcance de la divulgación se indica mediante las reivindicaciones adjuntas y todos los cambios que estén dentro del significado y rango de equivalencia de las reivindicaciones están, por lo tanto, destinados a incluirse en el mismo.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un método para operar una planta de energía eólica (100) en un entorno de red de distribución débil, estando la planta de energía eólica (100) acoplada a una red de distribución eléctrica (160) y comprendiendo un controlador de planta de energía (150) para controlar una pluralidad de generadores de turbina eólica (120) de la planta de energía eólica (100), comprendiendo el método:

controlar cada generador de turbina eólica (120) de la pluralidad de generadores de turbina eólica (120) para generar una cantidad de potencia activa de acuerdo con una referencia de potencia activa;

determinar (802) si la red de distribución eléctrica (160) cumple un criterio de red de distribución débil; y cuando se cumple el criterio de red de distribución débil, configurar el controlador de planta de energía (150) para que opere (804) en un modo de red de distribución débil, comprendiendo el modo de red de distribución débil: cuando una tensión de red de distribución se desvía de una tensión operativa normal más allá de una tensión umbral, y antes de entrar en un modo de tensión de operación en falla, controlar el controlador de planta de energía (150) para proporcionar a la pluralidad de generadores de turbina eólica (120) una referencia de potencia activa reducida de acuerdo con la que se controla la pluralidad de generadores de turbina eólica (120), siendo la referencia de potencia activa reducida menor que la referencia de potencia activa; y cuando la red de distribución eléctrica (150) se recupera de la desviación de tensión, controlar cada generador de turbina eólica (120) de la pluralidad de generadores de turbina eólica (120) para generar (808) una cantidad reducida de potencia activa de acuerdo con la referencia de potencia activa reducida proporcionada.

2. El método de la reivindicación 1, en el que cumplir el criterio de red de distribución débil comprende: determinar una relación de cortocircuito de la red de distribución eléctrica (160); y

determinar que la relación de cortocircuito es menor que un valor predeterminado.

3. El método de la reivindicación 1 o la reivindicación 2, que comprende además mantener la generación de la cantidad reducida de potencia activa durante un período de tiempo predeterminado después de que la red de distribución (160) se recupere de la desviación de tensión.

4. El método de la reivindicación 3, que comprende además aumentar la potencia activa generada por la pluralidad de generadores de turbina eólica (120) después del período de tiempo predeterminado, realizándose el aumento de la potencia activa a una velocidad de aumento predeterminada.

5. El método de la reivindicación 4, que comprende además aumentar la potencia activa a la capacidad máxima de cada uno de la pluralidad de generadores de turbina eólica (120).

6. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 4 o 5, que comprende además verificar y satisfacer que la tensión de red de distribución esté dentro de un intervalo definido por la tensión umbral y la tensión operativa normal durante un período de tiempo predeterminado antes de aumentar la potencia activa generada.

7. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 6, que comprende además proporcionar una cantidad variable de inyección de potencia reactiva durante el período de tiempo predeterminado, basándose la variación en una diferencia entre un nivel de referencia de tensión de red de distribución predeterminado y una cantidad de tensión de red de distribución medida.

8. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 7, que comprende además determinar de nuevo si la red de distribución eléctrica (160) cumple el criterio de red de distribución débil después del aumento de la potencia activa, y cuando no se cumple el criterio de red de distribución débil, configurar el controlador de planta de energía (150) para que opere en un modo operativo de intensidad de red de distribución normal.

9. El método de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende, además, cuando la tensión de red de distribución se desvía más allá de una segunda tensión umbral con respecto a una tensión operativa normal, rebajar la potencia activa generada por cada uno de la pluralidad de generadores de turbina eólica (120) a la cantidad reducida de potencia activa.

10. El método de cualquier reivindicación anterior, que comprende controlar el controlador de planta de energía para proporcionar una indicación a la pluralidad de generadores de turbina eólica (120) para salir del modo de tensión de operación en falla.

11. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que uno cualquiera de la pluralidad de generadores de turbina eólica (120) está predeterminado para representar un estado de tensión de operación en falla de planta de energía eólica, y proporciona una indicación al controlador de planta de energía (150) para que salga del modo de tensión de operación en falla.

12. El método de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que se determina una cualquiera de la tensión umbral, la referencia de potencia reducida, la cantidad reducida de potencia activa, la cantidad rebajada de potencia activa, la velocidad de aumento y la velocidad de reducción de potencia activa mediante un estudio de sitio eléctrico.

13. Una planta de energía eólica (100), que comprende:

una pluralidad de generadores de turbina eólica (120); y

un controlador de planta de energía (150) configurado para realizar el método de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12.

14. Un producto de programa informático que puede cargarse directamente en una memoria interna de al menos un ordenador digital proporcionado en una planta de energía eólica (100), que comprende partes de código de software para realizar las etapas de un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12 cuando el producto de programa informático se ejecuta en el al menos un ordenador digital.