ES2826098T3

ES2826098T3 - Sistema de generación de potencia eólica de múltiples parques

Info

Publication number: ES2826098T3
Application number: ES14725293T
Authority: ES
Inventors: Rajni Kant Burra; Avijit Saha; Venkatarao Ryali; Govardhan Ganireddy; Akshay Krishnamurty Ambekar; Deepak Raj Sagi
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2013-04-04
Filing date: 2014-03-26
Publication date: 2021-05-17
Anticipated expiration: 2034-03-26
Also published as: BR112015025412A2; CA2908965A1; BR112015025412B1; US10050447B2; CN105264222B; DK2981712T3; CN105264222A; US20160049792A1; CA2908965C; EP2981712B1; EP2981712A1; WO2014165366A1

Abstract

Un sistema de gestión de distribución de potencia eólica de múltiples parques (10) que comprende: controladores de distribución de turbina eólica (134) configurados para controlar una distribución de potencia eólica de unos respectivos componentes de parque eólico en unos respectivos parques eólicos en base al menos en parte a unos parámetros de funcionamiento de componente de parque eólico; sistemas de gestión de distribución de parque eólico (100) configurados para recibir los respectivos parámetros de funcionamiento de componente de parque eólico y generar unos respectivos parámetros de funcionamiento de nivel de parque; sistemas de gestión de distribución de grupo (106) configurados para recibir los parámetros de funcionamiento de nivel de parque y generar unos respectivos parámetros de funcionamiento de nivel de grupo, en el que cada uno de los sistemas de gestión de distribución de grupo está acoplado a al menos dos respectivos sistemas de gestión de distribución de parque eólico de al menos dos respectivos parques eólicos que tienen un respectivo punto de acoplamiento común (102) con una red eléctrica (18); y un sistema de gestión de distribución maestro (126) configurado para llevar a cabo las etapas de: recibir los parámetros de funcionamiento de nivel de grupo; calcular una potencia de salida en tiempo real generada por los componentes de parque eólico en base a los parámetros de funcionamiento de nivel de grupo; determinar una diferencia entre la potencia de salida en tiempo real y una potencia de salida acordada; y generar comandos de referencia, en base a la diferencia, para controlar al menos uno de los parámetros de funcionamiento de componente de parque eólico, los parámetros de funcionamiento de nivel de parque, los parámetros de funcionamiento de nivel de grupo, o combinaciones de los mismos para reducir la diferencia y distribuir la potencia de salida acordada.

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de generación de potencia eólica de múltiples parques

ANTECEDENTES

[0001] Los modos de realización de la invención se refieren en general a un sistema de generación de potencia y, más en particular, a un sistema y procedimiento para controlar un sistema de generación de potencia eólica.

[0002] Un parque eólico incluye turbinas eólicas distribuidas por una gran área de terreno que aprovechan la energía eólica para generar potencia con el propósito de ofrecer un servicio público. El parque eólico está acoplado a una red y se espera que proporcione una cantidad de potencia acordada o prevista a la red a una potencia nominal fija. Sin embargo, debido a las variaciones incontrolables en la energía eólica, tales como la velocidad del viento, es difícil proporcionar permanentemente la cantidad de potencia acordada a las potencias nominales fijas, y siempre hay alguna diferencia entre la energía suministrada desde el parque eólico y la cantidad de potencia acordada.

[0003] Un procedimiento para compensación en una situación donde el parque eólico no puede suministrar la potencia acordada consiste en comprar potencia a los generadores de reserva vecinos. Otro enfoque consiste en usar un almacenamiento de energía complementaria en el parque eólico. Sin embargo, cada uno de estos enfoques incrementa el coste de la potencia generada por el parque eólico y, por tanto, da como resultado mayores costes para los consumidores o pérdidas para las compañías de generación de potencia. Por ejemplo, el uso de un almacenamiento de energía complementaria genera costes de instalación, funcionamiento y mantenimiento adicionales.

[0004] El documento EP2175540 divulga un sistema de control de tensión y un procedimiento para múltiples parques eólicos con líneas de transmisión. La tensión se regula en un punto de regulación del sistema, tal como una subestación de alta tensión u otro bus del sistema. Al menos un otro punto de restricción del sistema se puede monitorear y controlar para evitar que la tensión sobrepase el límite en el punto de restricción.

[0005] El documento US2002/084655 describe un procedimiento que aumenta el valor comercial de la energía eléctrica producida a partir de una instalación de producción de turbinas eólicas. Las características incluyen el uso de un dispositivo de conversión de energía principal que proporciona una fuente de energía alternativa para complementar una potencia de salida de la instalación de generación de turbinas eólicas en presencia de períodos de calma en la velocidad del viento.

[0006] Por tanto, existe una necesidad de un sistema mejorado para abordar los problemas mencionados anteriormente.

BREVE EXPLICACIÓN

[0007] En resumen, de acuerdo con un modo de realización, se proporciona un sistema de gestión de distribución de potencia eólica de múltiples parques. El sistema de gestión de distribución de potencia eólica de múltiples parques incluye controladores de distribución de turbina eólica para controlar la distribución de potencia eólica de unos respectivos componentes de parque eólico en unos respectivos parques eólicos en base al menos en parte a unos parámetros de funcionamiento de componente de parque eólico. El sistema de gestión de distribución de potencia eólica de múltiples parques también incluye sistemas de gestión de distribución de parque eólico para recibir unos respectivos parámetros de funcionamiento de componente de parque eólico y generar unos respectivos parámetros de funcionamiento de nivel de parque. El sistema de gestión de distribución de potencia eólica de múltiples parques incluye además sistemas de gestión de distribución de grupo para recibir los parámetros de funcionamiento de nivel de parque y generar unos respectivos parámetros de funcionamiento de nivel de grupo, en el que cada uno de los sistemas de gestión de distribución de grupo está acoplado a al menos dos respectivos sistemas de gestión de distribución de parque eólico de al menos dos respectivos parques eólicos que tienen un respectivo punto de acoplamiento común con una red eléctrica. El sistema de gestión de distribución de potencia eólica de múltiples parques también incluye un sistema de gestión de distribución maestro que ejecuta las etapas de recibir los parámetros de funcionamiento de nivel de grupo, calculando una potencia de salida en tiempo real generada por los componentes de parque eólico en base a los parámetros de funcionamiento de nivel de grupo, determinar una diferencia entre la potencia de salida en tiempo real y una potencia de salida acordada; y generar comandos de referencia, en base a la diferencia, para controlar al menos uno de, los parámetros de funcionamiento de componente de parque eólico, los parámetros de funcionamiento de nivel de parque, los parámetros de funcionamiento de nivel de grupo o combinaciones de los mismos para reducir la diferencia y distribuir la potencia de salida acordada.

[0008] En otro modo de realización, se proporciona un procedimiento para distribuir potencia eólica. El procedimiento incluye las etapas de usar parámetros eólicos para estimar una potencia de salida acordada representativa de una suma de potencia de salida individual esperada de una pluralidad de parques eólicos durante un intervalo de tiempo, recibir parámetros de funcionamiento desde componentes de parque eólico en los parques eólicos, generar parámetros de funcionamiento de nivel de parque agregando los parámetros de funcionamiento de los componentes de parque eólico de unos respectivos parques eólicos, y calcular parámetros de funcionamiento de nivel de grupo agregando parámetros de funcionamiento de nivel de parque de unos respectivos de los parques eólicos que están acoplados a unos respectivos puntos de acoplamiento común. El procedimiento incluye además calcular una potencia de salida en tiempo real generada por los componentes de parque eólico en base a los parámetros de funcionamiento de nivel de grupo, determinar una diferencia entre la potencia de salida en tiempo real y la potencia de salida acordada, generar comandos de referencia, en base a la diferencia, para controlar los parámetros de funcionamiento de los componentes de parque eólico para generar una potencia de reserva para reducir la diferencia, y transmitir los comandos de referencia a los componentes de turbina eólica para distribuir la potencia en tiempo real y la potencia de reserva.

[0009] En un ejemplo útil para comprender la invención, se proporciona un sistema de gestión de distribución de potencia eólica de múltiples parques. El sistema de gestión de distribución de potencia eólica de múltiples parques incluye controladores de distribución de turbina eólica para controlar una distribución de potencia eólica de unos respectivos componentes de parque eólico en unos respectivos parques eólicos en base al menos en parte a unos parámetros de funcionamiento de componente de parque eólico. El sistema de gestión de distribución de potencia eólica de múltiples parques también incluye sistemas de gestión de distribución de parque eólico para recibir parámetros de funcionamiento y generar unos respectivos parámetros de funcionamiento de nivel de parque. El sistema de gestión de distribución de potencia eólica de múltiples parques incluye además un sistema de gestión de distribución maestro para llevar a cabo las etapas de recibir parámetros de funcionamiento de nivel de parque desde cada uno de los sistemas de gestión de distribución de parque eólico, calcular una potencia de salida en tiempo real generada por los componentes de parque eólico en base a los parámetros de funcionamiento de nivel de parque, determinar una diferencia entre la potencia de salida en tiempo real y una potencia de salida acordada, y generar comandos de referencia, en base a la diferencia, para controlar al menos uno de, los parámetros de funcionamiento de componente de parque eólico, los parámetros de funcionamiento de nivel de parque o una combinación de los mismos para reducir la diferencia y distribuir la potencia de salida acordada.

DIBUJOS

[0010] Estas y otras características, aspectos y ventajas de la presente invención se comprenderán mejor al leer la siguiente descripción detallada con referencia a los dibujos adjuntos en los que caracteres similares representan partes similares en todos los dibujos, en los que:

La FIG. 1 es una representación esquemática de un sistema de gestión de distribución de potencia eólica de múltiples parques ejemplar de acuerdo con un modo de realización de la invención.

La FIG. 2 es una representación esquemática de un modo de realización alternativo de un sistema de gestión de distribución de potencia eólica de múltiples parques ejemplar de acuerdo con un modo de realización de la invención.

La FIG. 3 es una representación en diagrama de bloques de una estructura de sistema de control en un sistema de gestión de distribución de potencia eólica de múltiples parques ejemplar de acuerdo con un modo de realización de la invención.

La FIG. 4 es una representación esquemática de un modo de realización alternativo de un sistema de gestión de distribución de potencia eólica de múltiples parques ejemplar de acuerdo con un modo de realización de la invención.

La FIG. 5 es una representación en diagrama de bloques de una estructura de sistema de control de acuerdo con otro modo de realización de la invención.

La FIG. 6 es un diagrama de flujo que representa unas etapas implicadas en un procedimiento para distribuir una potencia acordada en un sistema de gestión de distribución de potencia eólica de múltiples parques de acuerdo con un modo de realización de la invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA

[0011] Los modos de realización de la presente invención incluyen un sistema de gestión de distribución de potencia eólica de múltiples parques que incluye controladores de distribución de turbina eólica para controlar la distribución de potencia eólica de unos respectivos componentes de parque eólico en unos respectivos parques eólicos en base al menos en parte a unos parámetros de funcionamiento de componente de parque eólico. El sistema de gestión de distribución de potencia eólica de múltiples parques también incluye sistemas de gestión de distribución de parque eólico para recibir unos respectivos parámetros de funcionamiento de componente de parque eólico y generar unos respectivos parámetros de funcionamiento de nivel de parque. El sistema de gestión de distribución de potencia eólica de múltiples parques incluye además sistemas de gestión de distribución de grupo para recibir los parámetros de funcionamiento de nivel de parque y generar unos respectivos parámetros de funcionamiento de nivel de grupo, en el que cada uno de los sistemas de gestión de distribución de grupo está acoplado a al menos dos respectivos sistemas de gestión de distribución de parque eólico de al menos dos respectivos parques eólicos que tienen un respectivo punto de acoplamiento común con una red eléctrica. El sistema de gestión de distribución de potencia eólica de múltiples parques también incluye un sistema de gestión de distribución maestro que ejecuta las etapas de recibir los parámetros de funcionamiento de nivel de grupo, calculando una potencia de salida en tiempo real generada por los componentes de parque eólico en base a los parámetros de funcionamiento de nivel de grupo, determinar una diferencia entre la potencia de salida en tiempo real y una potencia de salida acordada; y generar comandos de referencia, en base a la diferencia, para controlar al menos uno de, los parámetros de funcionamiento de componente de parque eólico, los parámetros de funcionamiento de nivel de parque, los parámetros de funcionamiento de nivel de grupo o combinaciones de los mismos para reducir la diferencia y distribuir la potencia de salida acordada.

[0012] La FIG. 1 es una representación esquemática de un sistema de gestión de distribución de potencia eólica de múltiples parques 10 ejemplar que incluye dos puntos de acoplamiento común 102, 104 y dos sistemas de gestión de distribución de grupo 106, 108 de acuerdo con un modo de realización de la invención. El sistema de distribución de potencia eólica de múltiples parques 10 incluye unos parques eólicos 12, 14, 16, 17 que están acoplados a una red eléctrica 18 por medio de los dos puntos de acoplamiento común 102 y 104. Los parques eólicos 12, 14 están acoplados al punto de acoplamiento común 102, y los parques eólicos 116 y 117 están acoplados al punto de acoplamiento común 104. Cada uno de los parques eólicos 112, 114, 116, 117 incluye unos componentes de parque eólico 20 que generan potencia de salida 22.

[0013] Los parques eólicos 12, 14 y 16, 17 también incluyen controladores de distribución de turbina eólica 34 que controlan la distribución de potencia eólica de unos componentes de parque eólico 20 en los respectivos parques eólicos 12, 14, 16, 17 en base al menos en parte a unos parámetros de funcionamiento de componente de parque eólico 24. Los controladores de distribución de turbina eólica 34 de los parques eólicos 12, 14, 16, 17 están acoplados comunicativamente a unos sistemas de gestión de distribución de parques eólicos 36, 38, 40, 42 respectivamente y reciben los parámetros de funcionamiento de componente de parque eólico 24 desde cada componente de parque eólico 20 en los respectivos parques eólicos 12, 14, 16, 17. Los sistemas de gestión de distribución de parques eólicos 36, 38, 40, 42 generan unos respectivos parámetros de funcionamiento de nivel de parque 37, 39, 41, 43 para los parques eólicos 12, 14, 16, 17 respectivamente agregando unos parámetros de funcionamiento de componente de parque eólico 24 de cada parque eólico 12, 14, 16, 17. Como se usa en el presente documento, "agregar" significa crear un conjunto de todos los parámetros de funcionamiento de parque eólico recibidos desde cada parque eólico 12, 14, 16, 17.

[0014] El sistema de gestión de distribución de potencia eólica de múltiples parques 10 incluye además sistemas de gestión de distribución de grupo 106, 108 que reciben los parámetros de funcionamiento de nivel de parque 37, 39, 41, 43 desde cada uno de los sistemas de gestión de distribución de parque eólico 36, 38, 40, 42 y generan unos respectivos parámetros de funcionamiento de nivel de grupo 107 y 109. En especial, el número de sistemas de gestión de distribución de grupo es igual al número de puntos de acoplamiento común en la red eléctrica, y cada sistema de gestión de distribución de grupo está acoplado a los sistemas de gestión de distribución de parque eólico de los respectivos parques eólicos acoplados a los puntos respectivos de acoplamiento común. Por ejemplo, unos parques eólicos 12, 14 están acoplados al punto de acoplamiento común 102, y los respectivos sistemas de gestión de distribución de parque eólico 36, 38 de los parques eólicos 12, 14 están acoplados al sistema de gestión de distribución de grupo 106. De forma similar, unos parques eólicos 16, 17 están acoplados al punto de acoplamiento común 104, y los respectivos sistemas de gestión de distribución de parque eólico 40, 42 están acoplados al sistema de gestión de distribución de grupo 108. El sistema de gestión de distribución de grupo 106 genera los parámetros de funcionamiento de nivel de grupo 107 agregando los parámetros de funcionamiento de nivel de parque 37, 39 de los parques eólicos 12, 14, y el sistema de gestión de distribución de grupo 108 genera los parámetros de funcionamiento de nivel de grupo 109 usando los parámetros de funcionamiento de nivel de parque 41,43 del parque eólico 16.

[0015] Los sistemas de gestión de distribución de grupo 102, 104 están acoplados a un sistema de gestión de distribución maestro 26 en el sistema de gestión de distribución eólico de múltiples parques 10. El sistema de gestión de distribución maestro 10 recibe los parámetros de funcionamiento de nivel de grupo 107, 109 desde los respectivos sistemas de gestión de distribución de grupo 102, 104 y, en un modo de realización, también recibe una señal 32 representativa de la potencia de salida acordada desde un procesador de pronóstico 30 acoplado comunicativamente al sistema de gestión de distribución maestro 26. El procesador de pronóstico 30 determina una potencia de salida estimada que los parques eólicos individuales 12, 14, 16, 17 deberían generar si funcionan a plena capacidad en base a un pronóstico de viento para un intervalo predefinido y además calcula un agregado de la potencia de salida estimada individual para determinar la potencia de salida acordada. El sistema de gestión de distribución maestro 26 determina una potencia de salida en tiempo real 22 que los componentes de parque eólico 20 generan y calcula una diferencia entre la potencia de salida acordada y la potencia de salida en tiempo real 22. Como se usa en el presente documento, el término "potencia de salida 22" se usa de manera intercambiable con "potencia de salida en tiempo real 22". El sistema de gestión de distribución maestro 26 genera comandos de referencia 28 en base a la diferencia, que se usan para controlar al menos uno de, los parámetros de funcionamiento de componente de parque eólico 24, los parámetros de funcionamiento de nivel de parque 37, 39, 41, 43, los parámetros de funcionamiento de nivel de grupo 107, 109, o combinaciones de los mismos para reducir la diferencia y distribuir la potencia de salida acordada.

[0016] La FIG. 2 es una representación esquemática de un modo de realización alternativo de un sistema de gestión de distribución de potencia eólica de múltiples parques 100 ejemplar que incluye los dos puntos de acoplamiento común 102, 104 y un sistema de gestión de distribución de grupo 106 de acuerdo con una forma de realización de la invención. El sistema de distribución de potencia eólica de múltiples parques 100 incluye unos parques eólicos 112, 114, 116 que están acoplados a una red eléctrica 118 por medio de dos puntos de acoplamiento común 102 y 104. Los parques eólicos 112, 114 están acoplados al punto de acoplamiento común 102 y el parque eólico 116 está acoplado al punto de acoplamiento común 104. Cada uno de los parques eólicos 112, 114, 116 incluye componentes de parque eólico 120 que generan potencia de salida 122 y transmiten la potencia de salida 122 a la red eléctrica 118.

[0017] Los parques eólicos 112, 114 y 116 también incluyen controladores de distribución de turbina eólica 134 que controlan la distribución de potencia eólica de unos componentes de parque eólico 120 en los respectivos parques eólicos 112, 114, 116 en base al menos en parte a unos parámetros de funcionamiento de componente de parque eólico 124. Los controladores de distribución de turbina eólica 134 de los parques eólicos 112, 114, 116 están acoplados comunicativamente a unos sistemas de gestión de distribución de parque eólico 136, 138, 140 respectivamente y reciben los parámetros de funcionamiento de componente de parque eólico 124 desde cada componente de parque eólico 120 en los respectivos parques eólicos 112, 114, 116. Los sistemas de gestión de distribución de parque eólico 136, 138, 140 generan unos respectivos parámetros de funcionamiento de nivel de parque 137, 139, 141 para los parques eólicos 112, 114, 116 respectivamente agregando los parámetros de funcionamiento de componente de parque eólico 124 de cada parque eólico 112, 114, 116.

[0018] El sistema de gestión de distribución de potencia eólica de parques múltiples 100 incluye además un sistema de gestión de distribución de grupo 106 que recibe los parámetros de funcionamiento de nivel de parque 137, 139 desde los sistemas de gestión de distribución de parque eólico 136, 138 y genera un respectivo parámetro de funcionamiento de nivel de grupo 107. El sistema de gestión de distribución de grupo 106 genera los parámetros de funcionamiento de nivel de grupo 107 agregando los parámetros de funcionamiento de nivel de parque 137, 139 de los parques eólicos 112, 114.

[0019] El sistema de gestión de distribución de potencia eólica de múltiples parques 100 incluye de forma alternativa un sistema de gestión de distribución maestro 126 que está acoplado al sistema de gestión de distribución de grupo 102 y al sistema de gestión de distribución de parque eólico 140. El sistema de gestión de distribución de potencia eólica de múltiples parques 100 no incluye el segundo sistema de gestión de distribución de grupo 108 (FIG. 1) porque solo un parque eólico 116 está acoplado al punto de acoplamiento común 104. El sistema de gestión de distribución maestro 100 recibe los parámetros de funcionamiento de nivel de grupo 107 desde el sistema de gestión de distribución de grupo 102 y los parámetros de funcionamiento de nivel de parque desde el sistema de gestión de distribución de parque eólico 140 y también recibe una señal 132 representativa de la potencia de salida acordada desde un procesador de pronóstico 130 acoplado comunicativamente al sistema de gestión de distribución maestro 126. El procesador de pronóstico 130 determina una potencia de salida estimada que los parques eólicos individuales 112, 114, 116 pueden generar mientras funcionan a plena capacidad en base a un pronóstico de viento para un intervalo predefinido y además calcula un agregado de la potencia de salida individual estimada para determinar la potencia de salida acordada. El sistema de gestión de distribución maestro 126 determina una potencia de salida en tiempo real 122 que los componentes de parque eólico 120 generan y calcula una diferencia entre la potencia de salida acordada y la potencia de salida en tiempo real 122. El sistema de gestión de distribución maestro 126 genera comandos de referencia 128 en base a la diferencia, que se usan para controlar al menos uno de, los parámetros de funcionamiento de componente de parque eólico 124, los parámetros de funcionamiento de nivel de parque 137, 139, 141, los parámetros de funcionamiento de nivel de grupo 107, o combinaciones de los mismos para reducir la diferencia y distribuir la potencia de salida acordada.

[0020] La FIG. 3 es una representación en diagrama de bloques de una estructura de sistema de control de un sistema de gestión de distribución de potencia eólica de múltiples parques 150 ejemplar que incluye un número N de sistemas de gestión de distribución de grupo, un número M de sistemas de gestión de distribución de parque eólico y un número T de controladores de distribución eólica que representan un flujo direccional de diversos parámetros de funcionamiento y comandos de referencia entre sí de acuerdo con un modo de realización de la invención. El sistema de gestión de distribución de potencia eólica de múltiples parques 150 incluye unos parques eólicos 112, 114 (FIG. 1),... M, y cada parque eólico 112, 114,... M incluye unos componentes de parque eólico 120 para generar una potencia de salida. En un modo de realización, los componentes de parque eólico 120 incluyen al menos uno de unos componentes de potencia activa 152 y unos componentes de potencia reactiva 154. En un modo de realización más específico, los componentes de potencia activa 152 incluyen turbinas eólicas y elementos de almacenamiento de energía y los componentes de potencia reactiva 154 incluyen al menos uno de unos compensadores síncronos estáticos (STATCOM), unas baterías de condensadores, unos cambiadores de tomas en carga (OLTC) o una combinación de los mismos. En un modo de realización, el elemento de almacenamiento de energía incluye una batería. Con propósitos de ilustración, solo se muestran los componentes de parque eólico 120 de un único parque eólico 114.

[0021] Los componentes de parque eólico 120 del parque eólico 114 incluyen un número T de turbinas eólicas (que incluye un número T de controladores de distribución 156, 158,... T) y el elemento de almacenamiento de energía 160 para proporcionar potencia activa. Los componentes de parque eólico 120 también incluyen la batería de condensadores 162, los cambiadores de tomas en carga (OLTC) 164 y los compensadores síncronos estáticos (STATCOM) 166 para proporcionar potencia reactiva. Los componentes de parque eólico 120 proporcionan parámetros de funcionamiento de componente de parque eólico 124 al sistema de gestión de distribución de parque eólico 138. En un modo de realización, los parámetros de funcionamiento de componente de parque eólico 124 incluyen parámetros de funcionamiento de potencia activa 168 y parámetros de funcionamiento de potencia reactiva 170. Los parámetros de funcionamiento de potencia activa 168 se reciben desde los controladores de distribución eólica 156, 158,... T acoplados a unas respectivas turbinas eólicas y desde el elemento de almacenamiento de energía 160. En un modo de realización, los parámetros de funcionamiento de potencia activa incluyen parámetros de funcionamiento de potencia eólica reales, una reserva transitoria de parque eólico y una reserva de almacenamiento. Los respectivos controladores de distribución eólica 156, 158,... T transmiten los parámetros de funcionamiento de potencia eólica reales al sistema de gestión de distribución de parque eólico 138. En un modo de realización más específico, los parámetros de funcionamiento de potencia eólica reales representan el parámetro de tensión y el parámetro de corriente de cada una de las turbinas eólicas. El elemento de almacenamiento de energía 160 incluye un sistema de gestión de almacenamiento de energía (no mostrado) que transmite un parámetro de reserva de almacenamiento 172 al sistema de gestión de distribución de parque eólico 138. El sistema de gestión de distribución de parque eólico 138 recibe los parámetros de funcionamiento de potencia eólica reales desde los controladores de distribución eólica 156, 158,... T y calcula la reserva transitoria de parque eólico. En un modo de realización, el sistema de gestión de distribución de parque eólico 138 calcula la reserva transitoria de parque eólico en base además a un pronóstico de viento recibido desde el procesador de pronóstico 130. La reserva transitoria de parque eólico puede comprender una potencia de reserva que se puede generar mejorando la salida de potencia de las turbinas eólicas, una potencia de reserva disponible usando la energía cinética de las turbinas eólicas, una potencia de reserva que está disponible usando una o más turbinas eólicas restringidas o combinaciones de las mismas.

[0022] El sistema de gestión de distribución de parque eólico 138 recibe además los parámetros de funcionamiento de potencia reactiva 170 para el respectivo parque eólico desde los componentes de potencia reactiva 154. Los componentes de potencia reactiva 154 que incluyen las baterías de condensadores, el OLTC y el STATCOM proporcionan el estado en tiempo real de su funcionamiento, por ejemplo, incluyendo, pero sin limitarse a, parámetros de tensión reactiva y parámetros de corriente reactiva. El sistema de gestión de distribución de parque eólico 138 agrega los parámetros de funcionamiento de potencia activa 168 y los parámetros de funcionamiento de potencia reactiva 170 y genera los parámetros de funcionamiento de nivel de parque 139. En un modo de realización, los parámetros de funcionamiento de nivel de parque 139 incluyen parámetros de funcionamiento de potencia activa agregados 168 y parámetros de funcionamiento de potencia reactiva agregados 170 de los componentes de parque eólico de los respectivos parques eólicos 112, 114, 116. De forma similar, los sistemas de gestión de distribución de parque eólico 136,... M restantes reciben los parámetros de funcionamiento de potencia activa desde los respectivos componentes de parque eólico activos y los parámetros de funcionamiento reactivos desde los respectivos componentes de parque eólico reactivos y generan los parámetros de funcionamiento de nivel de parque.

[0023] Los sistemas de gestión de distribución de parque eólico 136, 138,... M transmiten los parámetros de funcionamiento de nivel de parque a los respectivos sistemas de gestión de distribución de grupo 106, 108,... N. Como se describe anteriormente, cada uno de los sistemas de gestión de distribución de grupo 106, 108,... N corresponde a un punto respectivo de acoplamiento común 102, 104,... N y está acoplado a los sistemas de gestión de distribución de parque eólico de los parques eólicos acoplados al respectivo punto de acoplamiento común 102, 104,... N. Hay un N número de puntos de acoplamiento común que se pueden acoplar a la red eléctrica y cada punto de acoplamiento común incluye un número M de parques eólicos acoplados al respectivo punto de acoplamiento común. Para facilitar la ilustración, las operaciones del sistema de gestión de distribución de grupo se analizan con respecto a un sistema de gestión de distribución de grupo 106 que se puede aplicar de forma similar a otros sistemas de gestión de distribución de grupo 106, 108,... N en el sistema de gestión de distribución eólica de múltiples parques 150. Los parques eólicos 112, 114 (FIG. 1) están acoplados al punto de acoplamiento común 102 (FIG. 1). Aunque se muestran dos parques eólicos en la FIG. 1, un número M de parques eólicos pueden estar acoplados al punto de acoplamiento común 102. El sistema de gestión de distribución de grupo 106 recibe los parámetros de funcionamiento de nivel de parque 139 desde los sistemas de gestión de distribución de parque eólico 136, 138,... M para generar el parámetro de funcionamiento de nivel de grupo 107 agregando los parámetros de funcionamiento de nivel de parque 137, 139,... M. En un modo de realización más específico, los parámetros de funcionamiento de nivel de grupo 107 incluyen unos parámetros de funcionamiento de nivel de parque agregados 137, 139,... M de los parques eólicos 136, 138,... M acoplados al respectivo punto de acoplamiento común 106. De forma similar, cada uno de los sistemas de gestión de distribución de grupo 108,... N genera unos respectivos parámetros de funcionamiento de nivel de grupo y transmite los parámetros de funcionamiento de nivel de grupo al sistema de gestión de distribución maestro 126.

[0024] El sistema de gestión de distribución maestro 126 está acoplado al procesador de pronóstico 130 que proporciona la señal 132 representativa de la potencia de salida acordada al sistema de gestión de distribución maestro 126 según lo estimado por el procesador de pronóstico 130. El sistema de gestión de distribución maestro 126 también puede recibir una tensión de bus piloto y una frecuencia de red desde la red eléctrica 118 (FIG. 1). El sistema de gestión de distribución maestro 126 calcula la potencia de salida en tiempo real 122 que los componentes de parque eólico pueden generar en base a los parámetros de funcionamiento de nivel de grupo 107, 109,... N y determina una diferencia entre la potencia acordada 132 y la potencia de salida en tiempo real 122. El sistema de gestión de distribución maestro 126 usa la diferencia, la tensión de bus piloto y la frecuencia de red para generar los comandos de referencia 128 para reducir la diferencia y proporcionar la potencia de salida acordada.

[0025] En un modo de realización, el sistema de gestión de distribución maestro 126 identifica un procedimiento con el que se puede reducir la diferencia en base a los parámetros de funcionamiento de nivel de grupo 107, 109,... N. En este modo de realización, el procedimiento puede incluir al menos uno de, proporcionar una reserva transitoria para reducir la diferencia, usar la reserva de almacenamiento para reducir la diferencia, usar los componentes de potencia reactiva para reducir la diferencia o una combinación de los mismos. En un modo de realización más específico, el sistema de gestión de distribución maestro 126 primero distribuye la reserva transitoria de parque eólico para reducir la diferencia, si la reserva transitoria de parque eólico es insuficiente para reducir la diferencia, distribuye de forma adicional o alternativa la reserva de almacenamiento, y si la reserva transitoria y la reserva de almacenamiento de parque eólico son insuficientes para reducir la diferencia, distribuye de forma adicional o alternativa la potencia reactiva para reducir la diferencia.

[0026] El sistema de gestión de distribución maestro 126 genera los comandos de referencia 128 en base a los procedimientos identificados anteriormente y transmite los comandos de referencia 128 a los sistemas de gestión de distribución de grupo 106, 108,... N. En un modo de realización, estos comandos de referencia 128 se pueden enviar al sistema de gestión de distribución de grupo 106 que a su vez determina unos comandos de referencia para sus respectivos sistemas de gestión de distribución de parque eólico y/o componentes de parque eólico. En otro modo de realización, el propio sistema de gestión de distribución maestro puede calcular comandos de referencia que se van a transmitir a los componentes de parque eólico.

[0027] En un ejemplo, ya se envíen directamente desde el sistema de gestión de distribución maestro o desde un sistema de nivel inferior, los comandos de referencia 128 proporcionados a los componentes de parque eólico incluyen puntos de ajuste para los componentes de parque eólico. Los componentes de parque eólico reciben los comandos de referencia 128 y, en consecuencia, modifican unos respectivos parámetros de funcionamiento 124 en base a los puntos de ajuste proporcionados por los comandos de referencia 128 para proporcionar potencia de salida 122 para reducir la diferencia en el sistema de gestión de distribución eólica de múltiples parques 150.

[0028] La FIG. 4 es una representación esquemática de un sistema de gestión de distribución de potencia eólica de múltiples parques 200 ejemplar que incluye un punto de acoplamiento común 202 de acuerdo con un ejemplo útil para comprender la invención. En algunos modos de realización, el sistema de gestión de distribución de potencia eólica de múltiples parques 200 incluye unos parques eólicos 212, 214, 216 que incluyen unos componentes de parque eólico 220, acoplados al punto de acoplamiento común 202. En dichos modos de realización, los controladores de distribución eólica 234 transmiten unos parámetros de funcionamiento de componente de parque eólico 224 a los sistemas de gestión de distribución de parque eólico 236, 238, 240 que además transmiten los parámetros de funcionamiento de nivel de parque 237, 239, 241 directamente a un sistema de gestión de distribución maestro 226 sin un sistema de gestión de distribución de grupo intermedio (FIG. 3). Los parámetros de funcionamiento de nivel de parque 237, 239, 241 se transmiten al sistema de gestión de distribución maestro 226 que agrega los parámetros de funcionamiento de nivel de parque 237, 239, 241 y genera comandos de referencia 228 en base al menos a los parámetros de funcionamiento de nivel de parque agregados y la potencia acordada 232 recibida desde un procesador de pronóstico 230 para reducir una diferencia entre la potencia acordada 232 y una potencia de salida en tiempo real 222 proporcionada a una red eléctrica 218 por los parques eólicos 212, 214, 216.

[0029] La FIG. 5 es una representación en diagrama de bloques de una estructura de sistema de control en un sistema de gestión de distribución de potencia eólica de múltiples parques 250 ejemplar que incluye un número M de sistemas de gestión de distribución de parque eólico y un número T de controladores de distribución eólica que representan un flujo direccional de diversos parámetros de funcionamiento y comandos de referencia entre sí de acuerdo con un modo de realización de la invención. El sistema de gestión de distribución de potencia eólica de múltiples parques 250 incluye unos parques eólicos 212, 214,... M (FIG. 4), y cada parque eólico 212, 214,... M incluye componentes de parque eólico 220 para generar potencia de salida. En un modo de realización, los componentes de parque eólico 220 incluyen al menos uno de unos componentes de potencia activa 252 y unos componentes de potencia reactiva 254. A continuación, se muestran y describen con propósitos ilustrativos los componentes de parque eólico 220 del parque eólico 214.

[0030] Los componentes de parque eólico 220 del parque 214 incluyen un número T de turbinas eólicas y el elemento de almacenamiento de energía 260 para proporcionar potencia activa. Los componentes de parque eólico 220 también incluyen una batería de condensadores 262, cambiadores de tomas en carga (OLTC) 264 y compensadores síncronos estáticos (STATCOM) 266 para proporcionar potencia reactiva. Los componentes de parque eólico 220 proporcionan parámetros de funcionamiento de componente de parque eólico 224 al sistema de gestión de distribución de parque eólico 238. En un modo de realización, los parámetros de funcionamiento de componente de parque eólico 224 incluyen parámetros de funcionamiento de potencia activa 268 y parámetros de funcionamiento de potencia reactiva 270. Los parámetros de funcionamiento de potencia activa 268 se reciben desde los controladores de distribución eólica 256, 258,... T acoplados a unas respectivas turbinas eólicas y al elemento de almacenamiento de energía. En un modo de realización, los parámetros de funcionamiento de potencia activa 268 incluyen parámetros de funcionamiento de potencia eólica reales, una reserva transitoria de parque eólico y una reserva de almacenamiento. El sistema de gestión de distribución de parque eólico 238 recibe los parámetros de funcionamiento de potencia eólica reales desde los controladores de distribución eólica 256, 258,... T y calcula la reserva transitoria de parque eólico como se describe con respecto a la FIG. 3.

[0031] El sistema de gestión de distribución de parque eólico 238 recibe además los parámetros de funcionamiento de potencia reactiva 270 para el respectivo parque eólico desde los componentes de potencia reactiva 254. El sistema de gestión de distribución de parque eólico 238 agrega los parámetros de funcionamiento de potencia activa 268 y los parámetros de funcionamiento de potencia reactiva 270 y genera los parámetros de funcionamiento de nivel de parque 239. De forma similar, los restantes sistemas de gestión de distribución de parque eólico 236,... M reciben los parámetros de funcionamiento de potencia activa desde los respectivos componentes de parque eólico activos y los parámetros de funcionamiento de potencia reactiva desde los respectivos componentes de parque eólico reactivos y genera los parámetros de funcionamiento de nivel de parque.

[0032] Los sistemas de gestión de distribución de parque eólico 236, 238,... M transmiten los parámetros de funcionamiento de nivel de parque al sistema de gestión de distribución maestro 226 que está acoplado al procesador de previsión 230 que proporciona la señal 232 representativa de la potencia de salida acordada al sistema de gestión de distribución maestro 226 según lo estimado por el procesador de pronóstico 230. En un ejemplo útil para comprender la invención, el sistema de gestión de distribución maestro 226 también recibe una tensión de bus piloto y una frecuencia de red desde la red eléctrica 218 (FIG. 4). El sistema de gestión de distribución maestro 226 calcula la potencia de salida en tiempo real 222 que los componentes de parque eólico pueden generar en base a los parámetros de funcionamiento de nivel de parque 237, 239,... M y determina una diferencia entre la potencia acordada 232 y la potencia de salida en tiempo real 222. El sistema de gestión de distribución maestro 226 usa la diferencia, la tensión de bus piloto y la frecuencia de red para generar los comandos de referencia 228 para reducir la diferencia y proporcionar la potencia de salida acordada. En un modo de realización, el sistema de gestión de distribución maestro 226 identifica un procedimiento con el que se puede reducir la diferencia en base a los parámetros de funcionamiento de nivel de parque 237, 239,... M. El procedimiento puede incluir, por ejemplo, al menos uno de, proporcionar una reserva transitoria para reducir la diferencia, usar la reserva de almacenamiento para reducir la diferencia, usar los componentes de potencia reactiva para reducir la diferencia o una combinación de los mismos. El sistema de gestión de distribución maestro 226 genera los comandos de referencia 228 en base a los procedimientos identificados anteriormente y transmite los comandos de referencia 228 a los respectivos sistemas de gestión de distribución de parque eólico 236, 238,... M y que además transmiten (ya sea directamente o después de cálculos adicionales en el sistema de gestión de distribución maestro) comandos de referencia a los controladores de distribución eólica 256, 258... T de las turbinas eólicas, elementos de almacenamiento de energía y/o a los componentes de potencia reactiva en los respectivos parques eólicos. Los componentes de parque eólico 220 reciben los comandos de referencia 228 y, en consecuencia, modifican los respectivos parámetros de funcionamiento en base a los puntos de ajuste recibidos del mandato de referencia 228 para proporcionar potencia de salida 222 para reducir la diferencia en el sistema de gestión de distribución eólica de múltiples parques 250.

[0033] La FIG. 6 es un diagrama de flujo que representa las etapas implicadas en un procedimiento 300 para distribuir una potencia acordada en un sistema de gestión de distribución de potencia eólica de múltiples parques de acuerdo con un modo de realización de la invención. En la etapa 310, se usan parámetros eólicos para estimar una potencia de salida acordada representativa de una suma de potencia de salida individual esperada de una pluralidad de los parques eólicos para un intervalo de tiempo. En un modo de realización, usar los parámetros eólicos incluye usar la velocidad y la dirección del viento. Los parámetros de funcionamiento de los componentes de parque eólico en los parques eólicos se reciben en la etapa 320. En un modo de realización específico, recibir los parámetros de funcionamiento incluye recibir parámetros de funcionamiento de potencia activa y parámetros de funcionamiento de potencia reactiva desde los componentes de parque eólico. En un modo de realización más específico, recibir los parámetros de funcionamiento de potencia activa comprende recibir parámetros de funcionamiento de potencia eólica reales, reservas transitorias de parque eólico y reservas de almacenamiento. En otro modo de realización, recibir los parámetros de funcionamiento desde cada uno de los componentes de parque eólico comprende recibir los parámetros de funcionamiento de potencia activa desde los componentes de potencia activa y recibir los parámetros de funcionamiento de potencia reactiva desde los componentes de potencia reactiva. En la etapa 330, se generan parámetros de funcionamiento de nivel de parque para los parques eólicos agregando los parámetros de funcionamiento de los componentes de parque eólico de unos respectivos parques eólicos en la etapa 330. Adicionalmente, se calculan parámetros de funcionamiento de nivel de grupo agregando parámetros de funcionamiento de nivel de parque de unos respectivos de los parques eólicos que están acoplados a unos respectivos puntos de acoplamiento común en la etapa 340.

[0034] El procedimiento 300 incluye además calcular una potencia de salida en tiempo real generada por los componentes de parque eólico en base a los parámetros de funcionamiento de nivel de grupo en la etapa 350. En la etapa 360, se determina una diferencia entre la potencia de salida en tiempo real y la potencia de salida acordada. En la etapa 370, se generan comandos de referencia, en base a la diferencia, para controlar los parámetros de funcionamiento de los componentes de parque eólico para generar una potencia de reserva para reducir la diferencia. En un modo de realización, el procedimiento 300 incluye además recibir una tensión de bus piloto y una frecuencia de sistema para generar los comandos de referencia. Una vez generados los comandos de referencia, los comandos de referencia se transmiten para distribuir la energía en tiempo real y la potencia de reserva en la etapa 380. En un modo de realización, distribuir la potencia de reserva incluye distribuir al menos una de las reservas transitorias de parque eólico, las reservas de almacenamiento o una potencia reactiva. En un modo de realización más específico, distribuir la potencia de reserva incluye las etapas de distribuir la reserva transitoria de parque eólico para reducir la diferencia, si la reserva transitoria de parque eólico es insuficiente para reducir la diferencia, distribuir de forma adicional o alternativa la reserva de almacenamiento, y si la reserva transitoria de parque eólico y la reserva de almacenamiento son insuficientes para reducir la diferencia, distribuir de forma adicional o alternativa la potencia reactiva para reducir la diferencia.

[0035] Se debe entender que un experto en la técnica reconocerá la intercambiabilidad de diversas características de diferentes modos de realización y que un experto en esta técnica puede mezclar y combinar las diversas características descritas, así como otros equivalentes conocidos para cada característica, para construir sistemas y técnicas adicionales de acuerdo con unos principios de esta divulgación. Por lo tanto, se debe entender que las reivindicaciones adjuntas están destinadas a cubrir la totalidad de dichas modificaciones y cambios que se hallan dentro del verdadero espíritu de la invención.

[0036] Aunque en el presente documento solo se han ilustrado y descrito determinadas características de la invención, los expertos en la técnica podrán concebir muchas modificaciones y cambios. Por lo tanto, se debe entender que la invención está definida por las características de las reivindicaciones independientes. Las reivindicaciones dependientes definen modos de realización preferentes.

Claims

REIVINDICACIONES

i . Un sistema de gestión de distribución de potencia eólica de múltiples parques (10) que comprende:

controladores de distribución de turbina eólica (134) configurados para controlar una distribución de potencia eólica de unos respectivos componentes de parque eólico en unos respectivos parques eólicos en base al menos en parte a unos parámetros de funcionamiento de componente de parque eólico;

sistemas de gestión de distribución de parque eólico (100) configurados para recibir los respectivos parámetros de funcionamiento de componente de parque eólico y generar unos respectivos parámetros de funcionamiento de nivel de parque;

sistemas de gestión de distribución de grupo (106) configurados para recibir los parámetros de funcionamiento de nivel de parque y generar unos respectivos parámetros de funcionamiento de nivel de grupo, en el que cada uno de los sistemas de gestión de distribución de grupo está acoplado a al menos dos respectivos sistemas de gestión de distribución de parque eólico de al menos dos respectivos parques eólicos que tienen un respectivo punto de acoplamiento común (102) con una red eléctrica (18); y

un sistema de gestión de distribución maestro (126) configurado para llevar a cabo las etapas de:

recibir los parámetros de funcionamiento de nivel de grupo;

calcular una potencia de salida en tiempo real generada por los componentes de parque eólico en base a los parámetros de funcionamiento de nivel de grupo;

determinar una diferencia entre la potencia de salida en tiempo real y una potencia de salida acordada; y

generar comandos de referencia, en base a la diferencia, para controlar al menos uno de los parámetros de funcionamiento de componente de parque eólico, los parámetros de funcionamiento de nivel de parque, los parámetros de funcionamiento de nivel de grupo, o combinaciones de los mismos para reducir la diferencia y distribuir la potencia de salida acordada.
2. El sistema de gestión de distribución de potencia eólica de múltiples parques (10) de la reivindicación 1, en el que los componentes de parque eólico comprenden al menos uno de unos componentes de potencia activa y unos componentes de potencia reactiva.
3. El sistema de gestión de distribución de potencia eólica de múltiples parques (10) de la reivindicación 2, en el que los componentes de potencia activa comprenden turbinas eólicas y elementos de almacenamiento de energía (160) y los componentes de potencia reactiva comprenden al menos uno de unos compensadores síncronos estáticos (STATCOM) (166), unas baterías de condensadores (162), unos cambiadores de tomas en carga (OLTC) (164) o una combinación de los mismos.
4. El sistema de gestión de distribución de potencia eólica de múltiples parques (10) de la reivindicación 1, en el que los parámetros de funcionamiento de componente de parque eólico comprenden parámetros de funcionamiento de potencia activa y parámetros de funcionamiento de potencia reactiva.
5. El sistema de gestión de distribución de potencia eólica de múltiples parques (10) de la reivindicación 4, en el que los parámetros de funcionamiento de potencia activa comprenden un parámetro de potencia eólica real, una reserva transitoria de parque eólico, y una reserva de almacenamiento.
6. El sistema de gestión de distribución de potencia eólica de múltiples parques (10) de la reivindicación 1, en el que los parámetros de funcionamiento de nivel de parque comprenden parámetros de funcionamiento de potencia activa agregados y parámetros de funcionamiento de potencia reactiva agregados de los componentes de parque eólico en el respectivo parque eólico (112).
7. El sistema de gestión de distribución de potencia eólica de múltiples parques (10) de la reivindicación 1, en el que los parámetros de funcionamiento de nivel de grupo comprenden parámetros de funcionamiento de nivel de parque agregados de los parques eólicos (112) acoplados al respectivo punto de acoplamiento común (102).
8. El sistema de gestión de distribución de potencia eólica de múltiples parques (10) de la reivindicación 1, que comprende además un procesador de pronóstico (30) para determinar la potencia de salida acordada.
9. El sistema de gestión de distribución de potencia eólica de múltiples parques (10) de la reivindicación 8, en el que la potencia de salida acordada comprende una suma de potencia de salida individual esperada de cada uno de los parques eólicos (112) cuando funciona a plena capacidad según lo estimado por el procesador de pronóstico (30).
10. Un procedimiento (300) llevado a cabo usando un sistema de gestión de distribución de potencia eólica de múltiples parques de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, comprendiendo el procedimiento: usar (310) parámetros eólicos para estimar una potencia de salida acordada representativa de una suma de potencia de salida individual esperada de una pluralidad de parques eólicos (112) para un intervalo de tiempo;

recibir (320) parámetros de funcionamiento desde unos componentes de parque eólico en los parques eólicos;

generar (330) parámetros de funcionamiento de nivel de parque para los parques eólicos agregando los parámetros de funcionamiento de los componentes de parque eólico de unos respectivos parques eólicos;

calcular (340) parámetros de funcionamiento de nivel de grupo agregando parámetros de funcionamiento de nivel de parque de unos respectivos de los parques eólicos que están acoplados a unos respectivos puntos de acoplamiento común;

calcular (350) una potencia de salida en tiempo real generada por los componentes de parque eólico en base a los parámetros de funcionamiento de nivel de grupo;

determinar (360) una diferencia entre la potencia de salida en tiempo real y la potencia de salida acordada;

generar (370) comandos de referencia, en base a la diferencia, para controlar los parámetros de funcionamiento de los componentes de parque eólico para generar una potencia de reserva para reducir la diferencia; y

transmitir (380) los comandos de referencia a los componentes de turbina eólica para distribuir la potencia en tiempo real y la potencia de reserva.
11. El procedimiento (300) de la reivindicación 10, en el que recibir los parámetros de funcionamiento comprende recibir parámetros de funcionamiento de potencia activa y parámetros de funcionamiento de potencia reactiva desde los componentes de parque eólico.
12. El procedimiento (300) de la reivindicación 10, que comprende además recibir una tensión de bus piloto y una frecuencia de sistema para generar los comandos de referencia.
13. El procedimiento (300) de la reivindicación 10, en el que distribuir la potencia de reserva comprende distribuir al menos una de unas reservas transitorias de parque eólico, unas reservas de almacenamiento, o potencia reactiva.
14. El procedimiento (300) de la reivindicación 13, en el que distribuir la potencia de reserva comprende: distribuir la reserva transitoria de parque eólico para reducir la diferencia;

si la reserva transitoria de parque eólico es insuficiente para reducir la diferencia, distribuir de forma adicional o alternativa la reserva de almacenamiento; y

si la reserva transitoria de parque eólico y la reserva de almacenamiento son insuficientes para reducir la diferencia, distribuir de forma adicional o alternativa la potencia reactiva para reducir la diferencia.