ES2843734T3 - Control de intercambio de potencia a partir de convertidores de conmutación automática - Google Patents

Abstract

Un método, que comprende: operar un aerogenerador (100) en un primer modo para proporcionar potencia a una red de AC local (336) usando un sistema de control (500), en donde el sistema de control (500) comprende una pata de control de potencia reactiva (585) que emite una tensión de magnitud (VMAG) y una pata de control de potencia activa (580) que emite un ángulo de factor de tensión (θW); y el método comprende además generar señales de control para un convertidor de potencia (315) en el aerogenerador (100) en base al ángulo de factor de tensión (θW) y la tensión de magnitud (VMAG), en donde el convertidor de potencia (315) emite una señal de AC trifásica; conmutar la operación del aerogenerador (100) del primer modo a un segundo modo activando un controlador proporcional-integral (PI) (565) para aumentar por ello la salida de potencia por el aerogenerador (100), en donde el controlador proporcional-integral (PI) (565) se acopla entre la pata de control de potencia reactiva (585) y la pata de control de potencia activa (580) y, en donde, cuando está en el segundo modo, el controlador proporcional-integral (PI) (565) recibe como entrada una diferencia entre un valor de potencia activa deseada (PD) y un valor de potencia activa real (PA) de la pata de control de potencia activa (580) y emite un ajuste de tensión para la pata de control de potencia reactiva (585), y en donde, cuando está en el segundo modo, el aerogenerador (100) transmite potencia a un enlace de corriente continua de alta tensión (HVDC) (340), al que se acopla el aerogenerador (100) a través de la red de AC local (336) y usando un rectificador de diodos (335).

Description

DESCRIPCIÓN

Control de intercambio de potencia a partir de convertidores de conmutación automática

Antecedentes

Campo de la invención

Las realizaciones presentadas en esta descripción se refieren en general a la transmisión de energía de aerogenerador en un enlace de corriente continua de alta tensión (HVDC) y, más específicamente, a la activación de manera selectiva de un controlador con una acción integral para conmutar entre un primer modo donde se genera energía eólica para una red de AC local y un segundo modo donde se transmite energía eólica, a través de la red de AC local, en el enlace de HVDC.

Descripción de la técnica relacionada

Los aerogeneradores en alta mar se desean en muchas situaciones en lugar de aerogeneradores en tierra dado que típicamente se dispone de velocidades de viento más fuerte en alta mar en comparación con en tierra. Además, los aerogeneradores en alta más no están obstruidos por árboles, colinas, edificios, etc. Para acoplar los aerogeneradores en alta mar a una red en tierra (que se puede situar a decenas o centenas de kilómetros de distancia), un operador de aerogenerador puede usar un enlace de HVDC en lugar de transmitir señales de AC lo que puede mejorar la eficiencia de transmisión. Para cables de alimentación submarinos, la HVDC evita las corrientes elevadas requeridas para cargar y descargar la capacitancia de cable cada ciclo. No obstante, la circuitería requerida para acoplar los aerogeneradores a un enlace de HVDC es costosa.

El documento EP2565443 A1 describe un sistema de aerogenerador que comprende componentes de potencia auxiliares tales como un convertidor auxiliar, sistema de suministro de potencia ininterrumpido/almacenamiento eléctrico y sistema de distribución de potencia auxiliar y que puede operar en un modo de isla cuando se desconecta de una red principal. El documento US2014/008912 A1 proporciona un ejemplo de un método de operación de un aerogenerador que implementa un controlador proporcional-integral acoplado entre las patas de potencia activa y reactiva de un sistema.

Compendio

Una realización de la presente descripción es un método que incluye operar un aerogenerador en un primer modo para proporcionar potencia a una red de AC local usando un sistema de control donde el sistema de control comprende una pata de control de potencia reactiva que emite una tensión de magnitud y una pata de control de potencia activa que emite un ángulo de factor de tensión. El método también incluye generar señales de control para un convertidor de potencia en el aerogenerador en base al ángulo de factor de tensión y la tensión de magnitud donde el convertidor de potencia emite una señal de AC trifásica. El método también incluye conmutar del primer modo a un segundo modo activando un controlador proporcional-integral para aumentar por ello la salida de potencia por el aerogenerador. El controlador proporcional-integral se acopla entre la pata de control de potencia reactiva y la pata de control de potencia activa y, cuando está en el segundo modo, el controlador proporcionalintegral recibe como entrada una diferencia entre un valor de potencia activa deseada y un valor de potencia activa real de la pata de control de potencia activa y emite un ajuste de tensión para la pata de control de potencia reactiva. Además, cuando está en el segundo modo, el aerogenerador transmite potencia a un enlace de corriente continua de alta tensión (HVDC) al que el aerogenerador está acoplado a través de la red de AC local y usando un rectificador de diodos.

Otra realización descrita en la presente memoria es un aerogenerador que incluye un sistema de control que incluye una pata de control de potencia reactiva que emite una tensión de magnitud, una pata de control de potencia activa que emite un ángulo de factor de tensión y un controlador proporcional-integral que se acopla selectivamente entre la pata de control de potencia reactiva y la pata de control de potencia activa. El sistema de control se configura para operar el aerogenerador en un primer modo para proporcionar potencia a una red de AC local y generar señales de control para un convertidor de potencia en el aerogenerador en base al ángulo de factor de tensión y la tensión de magnitud, en donde el convertidor de potencia se configura para emitir una señal de AC trifásica. El sistema de control se configura además para conmutar del primer modo a un segundo modo activando el controlador, donde, cuando está en el segundo modo, el controlador recibe como entrada una diferencia entre un valor de potencia activa deseada y un valor de potencia activa real de la pata de control de potencia activa y emite un ajuste de tensión para la pata de control de potencia reactiva. Cuando está en el segundo modo, el aerogenerador transmite potencia a un enlace de HVDC al que el aerogenerador está acoplado a través de la red de AC local y usando un rectificador de diodos.

Otra realización descrita en la presente memoria es un sistema de control para un aerogenerador que incluye un procesador y una memoria configurada para almacenar un programa, que cuando se ejecuta por el procesador realiza una operación, la operación incluye operar un aerogenerador en un primer modo para proporcionar potencia a una red de AC local usando un sistema de control donde el sistema de control comprende un pata de control de potencia reactiva que emite una tensión de magnitud y una pata de control de potencia activa que emite un ángulo de factor de tensión y generar señales de control para un convertidor de potencia en el aerogenerador en base al ángulo de factor de tensión y la tensión de magnitud, en donde el convertidor de potencia emite una señal de AC trifásica. La operación incluye además conmutar del primer modo a un segundo modo activando un controlador proporcional-integral para aumentar por ello la salida de potencia por el aerogenerador. El controlador proporcionalintegral se acopla entre la pata de control de potencia reactiva y la pata de control de potencia activa. Cuando está en el segundo modo, el controlador recibe como entrada una diferencia entre un valor de potencia activa deseada y un valor de potencia activa real de la pata de control de potencia activa y emite un ajuste de tensión para la pata de control de potencia reactiva. Además, cuando está en el segundo modo, el aerogenerador transmite potencia a un enlace de HVDC al que se acopla el aerogenerador a través de la red de AC local y usando un rectificador de diodos.

Breve descripción de los dibujos

De modo que la manera en la que las características citadas anteriormente de la presente descripción se puedan entender en detalle, una descripción más particular de la descripción, resumida con brevedad anteriormente, se puede tener mediante referencia a realizaciones, algunas de las cuales se ilustran en los dibujos adjuntos. Se ha de observar, no obstante, que los dibujos adjuntos ilustran solamente realizaciones típicas de esta descripción y por lo tanto no se consideran limitantes de su alcance, ya que la descripción puede admitir otras realizaciones igualmente efectivas.

La Figura 1 ilustra una vista esquemática de un aerogenerador, según una realización descrita en esta presente descripción.

La Figura 2 ilustra una vista esquemática de los componentes internos de la góndola y la torre de un aerogenerador, según una realización descrita de esta presente descripción.

La Figura 3 es un diagrama de bloques de un sistema de potencia según una realización descrita en esta presente descripción.

La Figura 4 ilustra un rectificador de diodos no controlado acoplado a un enlace de HVDC según una realización descrita en esta presente descripción.

La Figura 5 ilustra un sistema de control de un generador de aerogenerador según una realización descrita en esta presente descripción.

La Figura 6 es un gráfico que ilustra una tensión de activación del rectificador de diodos según una realización descrita en esta presente descripción.

La Figura 7 es un diagrama de vectores según una realización descrita en esta presente descripción.

La Figura 8 es un diagrama de flujo para operar un aerogenerador en diferentes modos según una realización descrita en esta presente descripción.

La Figura 9 es un diagrama de flujo para operar un aerogenerador en diferentes modos según una realización descrita en esta presente descripción.

La Figura 10 es un diagrama de bloques de un parque eólico que incluye al menos un aerogenerador que opera en diferentes modos dependiendo de la funcionalidad del enlace de HVDC según una realización descrita en esta presente descripción.

La Figura 11 ilustra un sistema de control auxiliar usado por un aerogenerador con el enlace de HVDC que no es funcional según una realización en esta presente descripción.

Para facilitar la comprensión, se han usado números de referencia idénticos, cuando sea posible, para designar elementos idénticos que son comunes a las figuras. Se contempla que los elementos descritos en una realización se pueden utilizar beneficiosamente en otras realizaciones sin recitación específica.

Descripción de las realizaciones de ejemplo

Un rectificador de diodos no controlado proporciona una alternativa a circuitos convencionales para acoplar aerogeneradores en un parque eólico a un enlace de HVDC. No obstante, los sistemas de control en los aerogeneradores pueden necesitar ser modificados de modo que los aerogeneradores puedan generar suficiente potencia para activar los diodos en el rectificador y transmitir potencia a lo largo del enlace de HVDC. En una realización, en lugar de usar un sistema de control central, cada aerogenerador tiene un sistema de control individual que opera en dos modos: un modo de isla y un modo de alta potencia. El modo de isla se usa cuando el aerogenerador no está transmitiendo potencia en el enlace de HVDC. Por ejemplo, en el modo de isla, los aerogeneradores pueden no generar suficiente potencia para activar el rectificador de diodos. En su lugar, el modo de isla permite que los aerogeneradores en el parque generen potencia para control auxiliar tal como guiñar los aerogeneradores o hace funcionar las bombas en los aerogeneradores. En otro ejemplo, los aerogeneradores se pueden acoplar a una red de AC local y pueden usar el modo de isla para emitir potencia a la red local. En el modo de alta potencia, los sistemas de control en los aerogeneradores aumentan la potencia de salida a la red de AC local hasta que el rectificador de diodos se activa transmitiendo por ello la potencia generada por los aerogeneradores en el enlace de HVDC, en donde la red de AC local se conecta al enlace de HVDC a través del rectificador de diodos. En este modo, los sistemas de control pueden establecer la potencia de salida deseada de los aerogeneradores (incluyendo restricción de potencia).

En una realización, para conmutar entre los modos de isla y de alta potencia, un aerogenerador activa un controlador proporcional-integral (PI) que se acopla entre una pata de control de potencia reactiva y una pata de control de potencia activa en su sistema de control. El controlador PI recibe como entrada la diferencia entre un valor de potencia activa deseada y el valor de potencia activa real generador por el aerogenerador y emite un ajuste de tensión correspondiente. El ajuste de tensión se usa entonces en la pata de control de potencia reactiva para cambiar la magnitud de un valor de tensión. En una realización, cuando se conmuta del modo de isla al modo de alta potencia, el aerogenerador activa el controlador PI lo que aumenta la salida al aerogenerador hasta que la tensión de AC promedio a través del rectificador de diodos exceda el corte en tensión de los diodos y permita que el aerogenerador, a través de la red de AC local, transmita potencia en el enlace de HVDC.

Realizaciones de ejemplo

La Figura 1 ilustra una vista esquemática de un generador de aerogenerador de eje horizontal 100. El generador de aerogenerador 100 típicamente comprende una torre 102 y una góndola de aerogenerador 104 situada en la parte superior de la torre 102. Un rotor de aerogenerador 106 se puede conectar con la góndola 104 a través de un eje de baja velocidad que se extiende hacia fuera de la góndola 104. El rotor de aerogenerador 106 comprende tres palas de rotor 108 montadas en un buje común 110 que rota en un plano de rotor, pero puede comprender cualquier número de palas adecuado, tal como una, dos, cuatro, cinco o más palas. Las palas 108 (o perfil aerodinámico) tienen, típicamente cada una, una forma aerodinámica con un borde delantero 112 para enfrentarse al viento, un borde trasero 114 en el extremo opuesto de un cordón de las palas 108, una punta 116 y una raíz 118 para unirse al buje 110 de cualquier manera adecuada.

Para algunas realizaciones, las palas 108 se pueden conectar al buje 110 usando rodamientos de inclinación 120 de manera que cada pala 108 se pueda hacer rotar alrededor de su eje longitudinal para ajustar la inclinación de la pala. El ángulo de inclinación de una pala 108 con relación al plano de rotor se puede controlar por actuadores lineales, actuadores hidráulicos o motores paso a paso, por ejemplo, conectados entre el buje 110 y las palas 108. La Figura 2 ilustra una vista esquemática de los componentes internos típicos de la góndola 104 y la torre 102 de un generador de aerogenerador 100. Cuando el viento 200 empuja sobre las palas 108, el rotor 106 gira y rota un eje de baja velocidad 202. Los engranajes en una caja de engranajes 208 convierten mecánicamente la baja velocidad rotacional del eje de baja velocidad 202 en una velocidad rotacional relativamente alta de un eje de alta velocidad 208 adecuada para generar electricidad usando un generador 206.

Un controlador 210 puede detectar la velocidad rotacional de uno o ambos de los ejes 202 y 208. Si el controlador decide que el eje o ejes están rotando demasiado rápido, el controlador puede señalar a un sistema de frenado 212 que ralentice la rotación de los ejes, lo que ralentiza la rotación del rotor 106 - es decir, reduce las revoluciones por minuto (rpm). El sistema de frenado 212 puede evitar daños a los componentes del generador de aerogenerador 100. El controlador 210 puede recibir también entradas de un anemómetro 214 (que proporciona la velocidad del viento) y/o una veleta de viento (que proporciona la dirección del viento). En base a la información recibida, el controlador 212 puede enviar una señal de control a una o más de las palas 108 en un esfuerzo por ajustar la inclinación 218 de las palas. Ajustando la inclinación 218 de las palas con respecto a la dirección del viento, la velocidad rotacional del rotor (y, por lo tanto, de los ejes 202, 208) se puede aumentar o disminuir. En base a la dirección del viento, por ejemplo, el controlador 210 puede enviar una señal de control a un conjunto que comprende un motor de guiñada 220 y una unidad de guiñada 222 para rotar la góndola 214 con respecto a la torre 102, de manera que el rotor 106 se puede colocar para enfrentarse más (o, en ciertas circunstancias, menos) contra el viento.

La Figura 3 es un diagrama de bloques de un sistema de potencia 300 según una realización descrita en esta presente descripción. El sistema de potencia 300 incluye los aerogeneradores 100A-100C acoplados a un rectificador de diodos no controlado 335 en un punto de acoplamiento común (PCC) 330. El rectificador 335 se acopla a su vez a un enlace de HVDC 340 que transmite la potencia generada por los aerogeneradores 100 a una red 345. En una realización, los aerogeneradores 100 se sitúan en un parque eólico en alta mar mientras que la red 345 es una red eléctrica en tierra. No obstante, en otras realizaciones, tanto el parque eólico como la red 345 pueden estar en tierra.

El aerogenerador 100A incluye un generador 206 para generar potencia de AC, un convertidor de potencia 305 para convertir las señales de AC proporcionadas por el generador 206 en una frecuencia deseada y un filtro 320 para eliminar ruido y armónicos de la salida del convertidor 305. Como se muestra, el convertidor de potencia 305 incluye un convertidor del lado de generador 310 y un convertidor del lado de red 315 acoplados entre sí a través de un bus de DC 312. En una realización, el convertidor del lado de generador 310 incluye una pluralidad de conmutadores (por ejemplo, transistores de potencia) que convierten las señales de AC proporcionadas por el generador 206 en potencia de DC que se transmite en el bus de DC 312. El convertidor del lado de red 315 recibe la potencia de DC y usa los conmutadores para convertir la potencia de DC de vuelta a una potencia de AC (por ejemplo, potencia de AC trifásica) con una frecuencia deseada (por ejemplo, 50 Hz o 60 Hz). Aunque no se muestra, los aerogeneradores 100B y 100C pueden tener una disposición similar que el aerogenerador 100^a .

El aerogenerador 100A incluye un transformador de aerogenerador 325 que acopla el aerogenerador 100A al PCC 330. En una realización, el transformador de red 325 está dentro del aerogenerador 100A - por ejemplo, dentro de la torre. Además, aunque no se muestra, los aerogeneradores 100B y 100C también se pueden acoplar al PCC 330 usando transformadores de aerogenerador respectivos.

Las salidas de los transformadores de aerogenerador forman una red de AC local 336. De este modo, la red que conecta los aerogeneradores 100A-100C se puede entender como una red de AC local 336. El PPC 330 está comprendido en la red de AC local 336. Como se describe en más detalle a continuación, en un primer modo de operación (por ejemplo, modo de isla), uno o más de los aerogeneradores 100 proporciona potencia a una carga 350 acoplada a la red de AC local 336. Por ejemplo, aunque los aerogeneradores 100 se pueden situar en alta mar, los aerogeneradores 100 se pueden acoplar a una carga local 350 tal como una masa de tierra poblada cercana. De este modo, incluso cuando los aerogeneradores 100 no están transmitiendo potencia en el enlace de HVDC 340 a la red 345, los aerogeneradores 100 pueden suministrar potencia a la carga local 350. Además, cuando está en el modo de isla, uno o más de los aerogeneradores 100 pueden suministrar potencia auxiliar a los aerogeneradores 100 restantes en el parque. Por ejemplo, unos pocos de los aerogeneradores 100 pueden generar potencia aún usando el modo de operación de isla para proporcionar potencia auxiliar para guiñar los aerogeneradores 100 restantes o hacer funcionar las bombas en los aerogeneradores 100. Esto evita tener que tener suministros de potencia alternativos (por ejemplo, generadores de diesel) en un parque eólico en alta mar para proporcionar potencia auxiliar cuando los aerogeneradores no estén transmitiendo potencia en el enlace de HVDC 340.

Para transmitir potencia a la red 345 a través del enlace de HVDC 340, los aerogeneradores 100 conmutan a un segundo modo de operación (por ejemplo, el modo de alta potencia) para aumentar su salida de potencia combinada en el PCC 330 para exceder el corte de tensión de los diodos en el rectificador de diodos no controlado 335. Hacerlo así activa el enlace de HVDC 340 y transmite potencia a la red 345.

La Figura 4 ilustra el rectificador de diodos no controlado 335 acoplado al enlace de HVDC 340 según realizaciones descritas en esta presente descripción. El rectificador de diodos 335 mostrado en la Figura 4 es solo una disposición adecuada de un rectificador que se puede usar con el sistema de control descrito en la presente memoria. Se pueden usar otros tipos o disposiciones de rectificadores de diodos 335. Por ejemplo, mientras que la Figura 4 ilustra un rectificador de 12 pulsos 335, el rectificador 335 puede incluir un número diferente de pulsos. En una realización, el rectificador de diodos 335 es “no controlado” porque no se necesitan o usan señales de control para operar el rectificador de diodos 335. Como tal, el rectificador de diodos 335 puede incluir solamente componentes pasivos que no necesitan señales de control digitales o analógicas para operar.

Como se muestra, el rectificador de diodos 335 incluye un primer transformador 405 y un segundo transformador 410 acoplados al PCC 330. El primer transformador 405 es un transformador en delta Y, mientras que el segundo transformador 410 es un transformador Y-Y. Además, el rectificador 335 incluye un primer diodo 415 y un segundo diodo 420. En general, los transformadores y diodos en el rectificador 335 convierten la señal de potencia de AC, en la red de AC local 336, proporcionada por los aerogeneradores en el PCC 330 en señales de potencia de DC que se transmiten en el enlace de HVDC 340.

La Figura 5 ilustra un sistema de control 500 de un aerogenerador según una realización descrita en esta presente descripción. En una realización, cada aerogenerador en un parque eólico incluye una copia del sistema de control 500. El sistema de control 500 se puede realizar por un controlador de aerogenerador y se puede implementar usando únicamente software, únicamente hardware o alguna mezcla de elementos de software y hardware. En una realización, el sistema de control 500 se implementa usando un sistema informático que incluye uno o más procesadores y memoria.

Una ventaja del sistema de control 500 es que no necesita estar una comunicación de datos de alta velocidad entre los sistemas de control 500 en los aerogeneradores individuales. Es decir, los sistemas de control 500 en los aerogeneradores individuales no se necesitan ser sincronizados durante la operación, aunque los sistemas de control 500 individuales pueden recibir puntos de establecimiento de referencia de un controlador de parque eólico central. No requiriendo comunicación entre los diferentes sistemas de control 500, se aumenta la fiabilidad del sistema de control 500. Además, el sistema de control 500 no necesita un bucle enganchado en fase (PLL) para operar a diferencia de sistemas que requieren comunicación entre los sistemas de control en los aerogeneradores. El sistema de control 500 tiene una pata de control de potencia reactiva 585 y una pata de control de potencia activa 580. La pata de control de potencia reactiva 585 recibe un valor de potencia reactiva deseada Qd del controlador de parque eólico y un valor de potencia reactiva real Q^a que representa la potencia reactiva actual que se genera en la salida del convertidor del lado de red 315. El valor de potencia reactiva real Qa se pasa a través de un filtro 505 opcional y se proporciona a un primer sumador 510 junto con el valor de potencia reactiva deseada Q^d. El primer sumador 510 determina la diferencia entre el valor de potencia reactiva deseada Q^d (es decir, la potencia reactiva que el controlador de parque eólico quiere que emita el aerogenerador) y la potencia reactiva real Q^a emitida actualmente desde el aerogenerador. Esta diferencia se introduce a un módulo de búsqueda de tensión 515 que emite un valor de ajuste de tensión V^adj usado para ajustar la tensión de salida del aerogenerador. En una realización, el módulo de búsqueda de tensión incluye una pluralidad de valores de tensión incremental que se correlacionan con las diferencias respectivas entre los valores de potencia reactiva deseada y real. La pluralidad de valores de tensión para cada sistema de control 500 en los diversos aerogeneradores puede ser valores de tensión diferentes, o los mismos. Es decir, los valores de tensión para el módulo de búsqueda de tensión 515 en un aerogenerador pueden ser diferentes a los valores de tensión en un segundo aerogenerador.

Un segundo sumador 520 suma el valor de ajuste de tensión V^adj a una tensión nominal Vⁿ (que se puede proporcionar por el controlador de parque eólico) para emitir un voltaje de magnitud V^mag. El segundo sumador 520 también se acopla a un controlador PI 565 que se describirá más adelante. El valor de magnitud V^mag se pasa a través de un filtro 525 opcional y a un módulo de transformación trifásica 530. En general, el módulo de transformación trifásica 530 convierte la tensión de magnitud V^mag y un ángulo de factor de tensión 0^w emitido por la pata de control de potencia activa 580 para controlar señales para el convertidor del lado de red 315. Dicho de otra manera, el módulo de transformación 530 usa las salidas de las patas de control de potencia reactiva y activa 580 y 585 para generar señales de control que operan los conmutadores (por ejemplo, transistores de potencia) en el convertidor del lado de red 315 para emitir señales de tensión de AC trifásica correspondientes.

En la pata de control de potencia activa 580, el sistema de control 500 recibe un valor de potencia activa deseada P^d del controlador de parque eólico y un valor de potencia activa real PAque representa la potencia activa actual emitida por el convertidor del lado de red 315. El valor de potencia activa real P^a se pasa a través de un filtro opcional 535. Un tercer sumador 540 compara el valor de potencia activa deseada P^d con el valor de potencia activa real P^a y emite una diferencia entre los dos. Esta diferencia se proporciona a un módulo de búsqueda de ángulos 545 que emite un ajuste de ángulo ^wv correspondiente. El módulo de búsqueda de ángulos 545 puede incluir una pluralidad de valores de ajuste de ángulo incrementales que corresponden a diferencias respectivas entre los valores de potencia activa real y deseada P^a y P^d. Los valores de ajuste de ángulo almacenados en el módulo de búsqueda de ángulos 545 pueden ser los mismos, o diferentes, para los diferentes aerogeneradores en el parque.

El ajuste de ángulo ^wv emitido por el módulo de búsqueda de ángulos 545 se pasa a un cuarto sumador 550 que combina el ajuste de ángulo ^wv con un ángulo deseado ^wd recibido del controlador de parque eólico. Mientras que la tensión de magnitud V^mag emitida por la pata de control de potencia reactiva 585 controla la magnitud de la señal de AC generada por el convertidor del lado de red 315, los ángulos ^wv y ^wd controlan la frecuencia de las señales de AC. Por ejemplo, el ángulo deseado w^d puede representar la frecuencia deseada de la red de AC local 336 (por ejemplo, 50 Hz). El sistema de control 500 usa el ajuste de ángulo w^v para aumentar o disminuir la potencia activa generada por el convertidor del lado de red para coincidir con el valor de potencia activa deseada P^d.

El cuarto sumador 550 emite un ángulo combinado w^v* a un integrador 555 que emite el ángulo de factor de tensión 0^w . El ángulo de factor de tensión 0^w junto con la tensión de magnitud V^mag se usan por el módulo de transformación trifásica 530 para generar señales de control que establecen la magnitud y frecuencia de una señal de AC trifásica emitida por el convertidor del lado de red 315.

El sistema de control 500 también incluye un conmutador 560 que acopla selectivamente el controlador PI 565 a la salida del tercer sumador 540 y un conmutador 570 que acopla selectivamente un ajustador de potencia reactiva 575 a la salida del primer sumador 510. Cuando está operando en el modo de isla, los conmutadores 560 y 570 están abiertos desactivando por ello el controlador PI 565 y el ajustador de potencia reactiva 575 de manera que estos componentes no afecten al ángulo de factor de tensión 0^w y la tensión de magnitud V^mag generada por las patas de control de potencia reactiva y activa 580 y 585. No obstante, incluso cuando el controlador PI 565 y ajustador de potencia reactiva 575 están desactivados, el sistema de control 500 puede generar aún señales de AC para alimentar una carga local acoplada a la red de AC local 336. Como se ha mencionado anteriormente, en el modo de isla, el convertidor del lado de red 315 puede emitir potencia de AC para una masa de tierra poblada cercana que se conecta a la red de AC local 336. Adicional o alternativamente, uno o más de los aerogeneradores en el parque pueden generar potencia auxiliar para los aerogeneradores restantes en el parque. Es decir, algunos de los aerogeneradores se pueden apagar (es decir, no generar potencia) mientras que otros aerogeneradores operan en el modo de isla como se muestra en la Figura 5 para proporcionar potencia auxiliar para los aerogeneradores apagados.

En una realización, cuando está operando en modo de isla, el sistema de control 500 puede no ser capaz de establecer la potencia real emitida al aerogenerador (es decir, los valores de potencia reactiva y activa reales Q^a y P^a) en los valores de potencia deseada (es decir, los valores de potencia reactiva y activa deseadas Q^d y P^d). En su lugar, la potencia real emitida por el aerogenerador se dicta por la carga local en el aerogenerador.

Para conmutar del modo de isla al modo de alta potencia, el sistema de control 500 cierra los conmutadores 560 y 570 conectando por ello las entradas del controlador PI 565 y el ajustador de potencia reactiva 575 a la pata de control de potencia activa 580 y la pata de control de potencia reactiva 585, respectivamente. Aunque el sistema de control 500 ilustra conmutadores para conectar las entradas del controlador PI 565 y el ajustador de potencia reactiva 575 a las patas 580 y 585 respectivas, se pueden usar otros medios de activación tales como encender y apagar la potencia entregada al controlador PI 565 y al ajustador de potencia reactiva 575.

Cuando el conmutador 560 está cerrado, el controlador PI 565 recibe del tercer sumador 540 la diferencia entre el valor de potencia activa deseada P^d y el valor de potencia activa real P^a. Aunque se muestra un controlador PI, se puede usar cualquier controlador con una acción integral tal como el controlador PI 565 o un controlador proporcional-integral-derivado (PID). El controlador PI 565 emite una tensión de ajuste que se suma a la tensión de magnitud V^mag hasta que el valor de potencia activa real P^a coincida con el valor de potencia activa deseada P^d. En una realización, el controlador PI 565 hace que la pata de control de potencia reactiva 585 aumente la magnitud de las señales de AC generadas por el convertidor del lado de red 315 hasta que esta magnitud exceda el corte de tensión de los diodos en un rectificador de diodos no controlado. Esto es muestra en la Figura 6 donde un gráfico 600 ilustra una tensión de activación del rectificador de diodos según una realización descrita en esta presente descripción. La gráfica 600 ilustra la potencia que fluye a través del rectificador de diodos en el eje y y la tensión a través de los diodos en el eje x. A medida que el controlador PI 565 aumenta la magnitud de las señales de AC generadas por el aerogenerador, la tensión promedio a través de los diodos alcanza finalmente la tensión de activación 605 (es decir, el corte de tensión de diodo) que activa el rectificador de diodos y permite que la potencia se transmita en el enlace de HVDC. Una vez activado, el sistema de control 500 puede continuar usando el controlador PI 565 para controlar la potencia de salida del aerogenerador como se dicta por el controlador de parque eólico. Es decir, a diferencia de cuando está en modo de isla, en el modo de alta potencia, el sistema de control 500 puede controlar la potencia de salida para coincidir con la potencia deseada (después de que se haya alcanzado la tensión de activación 605). Por ejemplo, si el controlador de parque eólico envía un nuevo valor de potencia activa deseada P^d, el controlador PI 565 puede ajustar la magnitud de las señales de AC para emitir la potencia activa deseada.

Además de activar el controlador PI 565 cuando está operando en el modo de alta potencia, el sistema de control 500 también activa el ajustador de potencia reactiva 575 cerrando el conmutador 570. En general, el ajustador de potencia reactiva 575 evita la formación de una potencia reactiva circulante entre los aerogeneradores acoplados al PCC. Debido a que hay un número infinito de soluciones dependiendo de cuánta potencia reactiva está produciendo cada aerogenerador, esto puede dar como resultado potencia reactiva circulante. Cuando el conmutador 570 está cerrado, la diferencia (o error) entre el valor de potencia reactiva deseada Q^d y el valor de potencia reactiva real Q^a emitido por el sumador 510 se transmite al ajustador de potencia reactiva 575. A su vez, el ajustador de potencia reactiva 575 emite un valor de ángulo que se envía al sumador 550. Es decir, el valor de ángulo se suma al ajuste de ángulo w^v y el ángulo deseado w^d para generar el ángulo de factor de tensión de ángulo combinado w^v* Una gran diferencia entre el valor de potencia reactiva deseada Q^d y el valor de potencia reactiva real Q^a significa que el aerogenerador está generando demasiada potencia reactiva. De este modo, el valor de ángulo generado por el ajustador de potencia reactiva 575 hace que el sistema de control 500 reduzca la potencia reactiva que se emite por el convertidor del lado de red 315. Por el contrario, una diferencia pequeña entre el valor de potencia reactiva deseada Q^d y el valor de potencia reactiva real Q^a significa que el aerogenerador está generando demasiado poca potencia reactiva. En respuesta, el ajustador de potencia reactiva 575 aumenta la potencia reactiva generada por el aerogenerador. Si cada sistema de control 500 en los aerogeneradores incluye el ajustador de potencia reactiva 575, esto da como resultado que los aerogeneradores compartan la generación de la corriente reactiva entre ellos mismos y mitiga la probabilidad de una corriente reactiva circulante.

En una realización, el sistema de control 500 recibe una sugerencia de conmutar del modo de alta potencia al modo de isla cuando, por ejemplo, el enlace de HVDC se rompe o es de otro modo inoperable. Por ejemplo, cada sistema de control 500 para los aerogeneradores puede recibir un comando del controlador de parque eólico para conmutar al modo de operación de isla. En respuesta, los sistemas de control 500 abren los conmutadores 560 y 570 que desactivan el controlador PI 565 y el ajustador de potencia reactiva 575. De esta manera, el sistema de control 500 puede conmutar ente el modo de isla y el modo de alta potencia de operación.

La Figura 7 es un diagrama de vectores según una realización descrita en esta presente descripción. El vector V^f ilustra la tensión común en el rectificador de diodos mientras que los vectores Vwi, Vw², Iwi e I^{w 2} representan tensiones y corrientes respectivas para dos aerogeneradores en el parque - es decir, el Aerogenerador 1 (W1) y Aerogenerador 2 (W2). Los dos vectores de corriente W e I^{w 2} ilustran que los dos aerogeneradores generan diferentes potencias reactivas. Específicamente, el Aerogenerador 2 entrega más potencia reactiva que el Aerogenerador 1 lo que significa que el vector de tensión Vw² es demasiado grande. Dicho de otra manera, el ángulo entre el vector V^f y Vw² no es óptimo. Como se ha descrito anteriormente en la Figura 5, el sistema de control 500 incluye el ajustador de potencia reactiva 575 que puede ajustar las salidas del Aerogenerador 2 de manera que el ángulo entre V^f y Vw² sea más cercano al ángulo entre V^f y Vwi. Como resultado, la salida de potencia reactiva se comparte más equitativamente por los aerogeneradores lo que puede evitar una corriente reactiva circulante entre los aerogeneradores.

La Figura 8 es un diagrama de flujo de un método 800 para operar un aerogenerador en modos diferentes según una realización descrita en esta presente descripción. En el bloque 805, un controlador de parque eólico da instrucciones a un sistema de control en un aerogenerador para operar en un primer modo para proporcionar potencia a una red de AC local 336. En una realización, el controlador de parque eólico da instrucciones a un subconjunto de aerogeneradores para operar en el primer modo (es decir, el modo de isla). Por ejemplo, se pueden operar solamente unos pocos de los aerogeneradores en el parque en el modo de isla para generar potencia auxiliar para los aerogeneradores restantes que no generan ninguna potencia. Alternativamente, se pueden operar todos los aerogeneradores en el parque en el modo de isla para proporcionar potencia a la red de Ac local 336 que puede incluir, por ejemplo, una masa de tierra poblada cercana tal como una isla.

Si en el bloque 810 el controlador de parque eólico determina no transmitir potencia en un enlace de HVDC, el método 800 vuelve al bloque 805 donde al menos un aerogenerador continúa operando en el modo de isla. De otro modo, el método 800 pasa al bloque 815 donde el controlador de parque eólico da instrucciones a al menos uno de los aerogeneradores para operar en el segundo modo activando un controlador PI entre las patas de control activa y reactiva en un controlador de aerogenerador (por ejemplo, el sistema de control 500 en la Figura 5). En una realización, el controlador PI usa la diferencia (o error) entre los valores de potencia reactiva real y deseada determinados en la pata de control reactiva del controlador de aerogenerador para generar un ajuste de tensión usado en la pata de control activa del controlador de aerogenerador. El ajuste de tensión aumenta la magnitud de la tensión de Ac generada por el aerogenerador para activar los diodos en el rectificador de modo que se conduce potencia en el enlace de HVDC.

En una realización, cuando el rectificador de diodos está activo y el enlace de HVDC transmite potencia, un aerogenerador que actualmente no transmite potencia se sincroniza con los aerogeneradores que están transmitiendo potencia en el enlace de HVDC antes de acoplar el aerogenerador al PCC. Por ejemplo, cuando se acopla eléctricamente un nuevo aerogenerador al PCC, si el ángulo w en el sistema de control del nuevo aerogenerador no se sincroniza, el acoplamiento del nuevo generador a los aerogeneradores que ya generan potencia puede crear un cortocircuito. De este modo, antes de añadir el nuevo aerogenerador, su sistema de control puede sincronizar su valor del ángulo w al mismo valor de ángulo usado en los sistemas de control de los aerogeneradores que ya transmiten potencia en el enlace de HVDC. Con referencia a la Figura 5, en una realización, el valor inicial para el integrador 555 del nuevo aerogenerador se deriva midiendo la fase de la tensión en el lado de baja de la red de AC local 336. Iniciando el integrador 555 al valor inicial, el nuevo aerogenerador tiene el mismo ángulo que los aerogeneradores conectados actualmente y, de este modo, cuando el nuevo aerogenerador se acopla al PCC, la potencia en el PCC se aumenta y se evita un cortocircuito. Este proceso de sincronización se puede repetir para acoplar aerogeneradores adicionales al PCC y al enlace de HVDC.

En el bloque 820, el controlador PI en el sistema de control aumenta la potencia generada por el aerogenerador para activar el rectificador de diodos no controlado y transmitir potencia en el enlace de HVDC. Como se muestra en la Figura 6, el controlador PI puede aumentar la magnitud de la tensión a través de los diodos en el rectificador hasta que los diodos se activen y se transmita potencia en el enlace de HVDC. Además, en el modo de alta potencia, el sistema de control puede realizar una restricción de potencia estableciendo una referencia de potencia activa más pequeña que una referencia de potencia óptima calculada por un algoritmo de rastreo de Cp máximo.

En el bloque 825, el controlador de parque eólico determina si los aerogeneradores deberían mantenerse en el segundo modo de operación. Por ejemplo, el controlador de parque eólico puede mantener los sistemas de control individuales en el modo de alta potencia siempre y cuando el enlace de HVDC esté operativo. Si, no obstante, el enlace de HVDC se corta o se desconecta una estación en tierra, en el bloque 835 el controlador de parque eólico da instrucciones a los sistemas de control individuales para desactivar el controlador PI y el ajustador de potencia reactiva y que conmuten al primer modo de operación. En una realización, el controlador de parque eólico monitoriza la salida de los aerogeneradores para determinar si la tensión se dispara (es decir, aumenta por encima de un umbral) lo que conduce a una sobretensión en la red de AC local 336. En respuesta, el controlador de parque eólico puede conmutar los aerogeneradores al primer modo para proporcionar protección durante la condición de cortocircuito de tensión (OVRT) donde la tensión de referencia de tensión máxima está limitada. Además, si se detecta una sobretensión, la tensión de referencia se puede reducir conduciendo a una reducción rápida de tensión en la red de AC local 336. En una realización, no hay necesidad de comunicación entre el sistema de control en los aerogeneradores (es decir, los sistemas de control no se necesitan ser sincronizados) cuando el sistema de control conmuta del segundo modo al primer modo. En una realización, el controlador de parque eólico puede conmutar algunos de los aerogeneradores del segundo modo al primer modo mientras que los aerogeneradores restantes se apagan - es decir, ya no generan potencia.

No obstante, si no se detecta una condición de sobretensión, el método 800 pasa al bloque 830 donde los aerogeneradores continúan transmitiendo potencia en el enlace de HVDC. En una realización, el sistema de control descrito anteriormente no necesita un PLL para su operación normal. Es decir, cuando está en el modo de alta potencia, el sistema de control no usa un PLL tradicional o basado en la transformada discreta de Fourier (DFT) para establecer los valores de potencia activa y reactiva usados para controlar la salida del aerogenerador. Además, los sistemas de control en diferentes aerogeneradores no necesitan comunicarse unos con otros cuando se operan en los modos de operación de alta potencia o de isla, lo que reduce el coste y mejora la fiabilidad. Además, un rectificador de diodos no controlado puede ser una opción menos costosa para acoplar los aerogeneradores al enlace de HVDC en comparación con usar sistemas de acoplamiento alternativos que se controlan usando señales digitales.

Aunque las realizaciones en la presente memoria describen un controlador de parque eólico central que envía comandos a los sistemas de control individuales de los aerogeneradores (por ejemplo, comandos para conmutar entre el primer y segundo modos, comandos que contienen los valores de potencia activa y reactiva deseadas, comandos de restricción de potencia, etc.), los sistemas de control individuales puede operar incluso si se pierde el enlace de comunicación entre el sistema de control y el controlador de parque eólico.

La Figura 9 es un diagrama de flujo de un método 900 para operar un aerogenerador en diferentes modos según una realización descrita en esta presente descripción. El método 900 comienza en el bloque 905 donde los aerogeneradores en un parque eólico (por ejemplo, un parque eólico en alta mar) se operan usando un sistema de control primario para transmitir potencia en un enlace de HVDC. En una realización, los aerogeneradores se acoplan a una red de a C local 336 que se acopla a su vez a un convertidor de AC-DC y un enlace de HVDC. Como se ha descrito anteriormente, el convertidor de AC-DC puede ser un rectificador de diodos no controlado. No obstante, en otras realizaciones, el convertidor de AC-DC es un rectificador controlado que usa señales de control digitales de un controlador de parque eólico para convertir las señales de potencia de ^a C recibidas de los aerogeneradores para determinar la cantidad de señal de potencia de DC transmitida en el enlace de HVDC. El convertidor de AC-DC puede ser cualquier tipo de convertidor que pueda transmitir potencia eléctrica generada por un parque eólico sobre un enlace de HVDC.

Aunque las realizaciones en la presente memoria se describen con un convertidor de AC-DC acoplado a un enlace de HVDC, el método 900 también se puede usar en un sistema de potencia donde el parque eólico se acopla a un enlace de corriente alterna de alta potencia (HVAC) que se acopla al parque eólico a través de un convertidor de AC-AC.

En el bloque 910, un controlador de parque eólico determina si el enlace de HVDC (o HVAC) es funcional. Como se ha tratado anteriormente, el enlace de HVDC se puede cortar o una estación en tierra se puede desconectar desconectando por ello el parque eólico de una red primaria (por ejemplo, una red en tierra). Además, el operador de red puede decidir voluntariamente desconectar el enlace de HVDC. De este modo, el enlace de HVDC no es funcional siempre que el enlace no se excita, ya sea debido a un accidente (por ejemplo, que se corte la línea o un fallo de red) o bien intencionado (por ejemplo, la red en tierra no está preparada para conectarse al parque eólico). Si el enlace de HVDC se mantiene funcional, el método 900 vuelve al bloque 905. No obstante, si el enlace de HVDC no es funcional, el método 900 pasa al bloque 915 donde el controlador de parque eólico apaga una parte de los aerogeneradores en el parque eólico. Como se usa en la presente memoria, apagar los aerogeneradores significa que los aerogeneradores no generen potencia de salida a la red de AC local 336. No obstante, otros sistemas auxiliares en los aerogeneradores que están apagados pueden operar aún tal como motores de guiñada, bombas o elementos de calentamiento para evitar la acumulación de hielo en la góndola o las palas.

En el bloque 920, al menos uno de los aerogeneradores operativos restantes en el parque eólico (es decir, un aerogenerador que no se ha apagado) usa un sistema de control auxiliar para alimentar sistemas auxiliares en los aerogeneradores que están apagados. Es decir, al menos uno de los aerogeneradores en el parque eólico continúa emitiendo potencia en la red de AC local 336 (aunque no se transmite potencia en el enlace de HVDC). Esta potencia se recibe por los aerogeneradores apagados que usan la potencia para operar sus sistemas auxiliares. Hacerlo así evita tener fuentes de energía alternativas en el parque eólico tal como generadores de diesel o gasolina para alimentar los sistemas auxiliares en los aerogeneradores cuando el enlace de HVDC no es funcional.

En una realización, el sistema de control auxiliar usado para operar los aerogeneradores durante el bloque 920 es similar al sistema de control 500 mostrado en la Figura 5 cuando los aerogeneradores están operando en el modo de isla cuando están desconectados del enlace de HVDC. Es decir, el sistema de control auxiliar genera una potencia que se dicta principalmente por la carga (por ejemplo, la potencia absorbida por los sistemas auxiliares en los aerogeneradores apagados) más que una potencia deseada proporcionada por el controlador de aerogenerador o controlador de parque eólico.

En el bloque 925, el controlador de parque eólico determina si el enlace de HVDC es funcional. Si no lo es, el método 900 vuelve al bloque 920. No obstante, si el enlace de HVDC es funcional, el método 900 vuelve al bloque 905 donde todos los aerogeneradores en el parque eólico se operan usando el sistema de control primario y se transmite la potencia en el enlace de HVDC. Dicho de otra manera, cuando el enlace de HVDC es de nuevo funcional, los aerogeneradores apagados se reinician y los aerogeneradores que operan usando el sistema de control auxiliar se operan en su lugar usando el sistema de control primario.

La Figura 10 es un diagrama de bloques de un parque eólico 1000 que incluye múltiples aerogeneradores que operan en diferentes modos dependiendo de la funcionalidad del enlace de HVDC según una realización descrita en esta presente descripción. En el ejemplo, el parque eólico 1000 es un parque eólico en alta mar que se acopla a una red en tierra 1045 a través de un enlace de HVDC 1040. No obstante, las realizaciones a continuación también se pueden aplicar a parques eólicos en tierra que usan un enlace de HVDC 1040 (o enlace de HVAC) para transmitir potencia a una red distante.

El parque eólico 1000 incluye tres aerogeneradores 1005A, 1005B y 1005C que cada uno incluye un controlador de aerogenerador 1010 y sistema auxiliar 1025 (por ejemplo, controlador/motores de guiñada, bombas, sistema de deshielo, etc.). Los controladores de aerogenerador 1010 tienen dos sistemas de control separados que controlan la operación de los aerogeneradores 1005 respectivos dependiendo de la funcionalidad del enlace de HVDC 1040.

Como se describe en el método 900 en la Figura 9, los controladores de aerogenerador 1010 usan un sistema de control primario 1015 cuando el enlace de HVDC 1040 es funcional lo que da como resultado que la potencia se transmita del parque 1000 a la red en tierra 1045. No obstante, cuando el enlace de HVDC 1040 no es funcional, el controlador de parque eólico 1050 puede dar instrucciones a uno o más de los controladores de aerogenerador 1010 para operar en su lugar usando un sistema de control auxiliar 1020 en su lugar. Por ejemplo, los tres aerogeneradores 1005 mostrados aquí se pueden designar como aerogeneradores de reserva en el parque 1000 que proporcionan potencia a los sistemas auxiliares 1020 de todos los aerogeneradores en el parque 1000 cuando el enlace de HVDC 1040 está caído. Dicho de otra manera, todos excepto los tres aerogeneradores 1005 mostrados en la Figura 10 en el parque eólico 1000 se pueden apagar cuando se deshabilita el enlace de HVDC. En lugar de estar apagados, los aerogeneradores 1005A, 1005B y 1005C conmutan de operar usando el sistema de control primario 1015 a operar usando el sistema de control auxiliar 1020 que emite una cantidad suficiente de potencia en una red de AC local 1030 (se ha usado la referencia 336 para denotar la red de AC local en las Fig. 3 y 4) para operar los sistemas auxiliares en los aerogeneradores apagados así como los sistemas auxiliares 1025A, 1025b y 1025C en los aerogeneradores 1005A, 1005B y 1005C.

Como se muestra, los aerogeneradores 1005 se acoplan al enlace de HVDC 1040 a través de una subestación de red en alta mar 1033 que incluye un convertidor de AC-DC 1035. En una realización, la subestación de red en alta mar 1033 se dispone en una plataforma en el parque eólico en alta mar 1000 e incluye una estructura que encierra al convertidor de AC-DC 1035. No obstante, en otra realización, la subestación de red en alta mar 1033 y el convertidor de AC-DC 1035 se pueden disponer en la misma plataforma, pero estar contenidos dentro de recintos diferentes. En cualquier caso, el convertidor de AC-DC 1035 se usa para convertir la potencia en la red de AC local 1030 en potencia de DC para su transmisión en el enlace de HVDC 1040.

El convertidor de AC-DC 1035 puede ser un convertidor no controlado o un convertidor controlado (por ejemplo, o bien un convertidor de conmutación automática o bien de conmutación por línea uniforme). Por ejemplo, muchos parques eólicos actuales usan un convertidor controlado para conectar los aerogeneradores a una red en tierra que es típicamente más costosa que el rectificador de diodos no controlado descrito anteriormente en la Figura 4. Las técnicas de control recitadas en el método 900 y mostradas en el parque eólico 1000 se pueden usar independientemente del tipo de convertidor de AC-DC 1035 usado para acoplar la red de AC local 1030 al enlace de HVDC 1040. Por ejemplo, el sistema de control primario 1015 puede ser una técnica de control donde el convertidor de AC-DC 1035 se controla activamente por el controlador de parque eólico 1050. En una realización, la potencia emitida por los aerogeneradores 1005 cuando se usa el sistema de control primario 1015 se determina por el convertidor de AC-DC 1035. Es decir, la potencia emitida por los aerogeneradores individuales 1005 se puede dictar por el convertidor 1035 más que a partir de puntos establecidos deseados transmitidos, por ejemplo, por el controlador de parque eólico 1050.

Alternativamente, si el convertidor de AC-DC 1035 es un rectificador de diodos no controlado como se muestra en la Figura 4, el sistema de control primario 915 puede ser el modo de alta potencia descrito anteriormente donde el controlador PI 565 y el ajustador de potencia reactiva 575 en la Figura 5 se activan para controlar las salidas de los aerogeneradores individuales 1005. En esta realización, la salida de los aerogeneradores 1005 se controla por puntos establecidos deseados más que el convertidor de AC-DC 1035.

Además de proporcionar potencia auxiliar a los aerogeneradores apagados en el parque 1000, los aerogeneradores 1005A-C también pueden proporcionar potencia a la subestación de red en alta mar 1033 y el convertidor de AC-DC 1035 cuando el enlace de HVDC no es funcional. Por ejemplo, la subestación 1033 y el convertidor 1035 pueden incluir sistemas de control o circuitería que pueden usar la potencia auxiliar proporcionada por los aerogeneradores 1005A-C para operar cuando no hay una conexión activa a la red en tierra 1045. De este modo, el parque eólico 1000 puede no necesitar generadores o sistemas de batería para proporcionar potencia a la subestación de red 1033 o al convertidor 1035 cuando el enlace de HVDC 1040 no es funcional.

En una realización, el sistema de control auxiliar 1020 y el sistema de control primario 1015 son aplicaciones o módulos de software respectivos que se ejecutan dependiendo del estado del enlace de HVDC. De este modo, el controlador de parque eólico puede dar instrucciones a los controladores de aerogenerador individuales para ejecutar o bien el sistema de control auxiliar 1020 o bien el sistema de control primario 1015 dependiendo del estado del enlace de HVDC. Por ejemplo, los controladores de aerogenerador 1010 pueden incluir al menos un procesador y memoria suficiente para almacenar las aplicaciones de software. No obstante, en otras realizaciones, el sistema de control auxiliar 1020 y el sistema de control primario 1015 incluyen componentes de hardware o de microprograma. Además, aunque la Figura 10 ilustra el acoplamiento del parque eólico 1000 a un enlace de HVDC, en otra realización, el parque eólico 1000 se acopla a un enlace de HVAC a través de un convertidor de AC-AC que convierte las señales de potencia de AC en la red de AC local 1030 en señales de potencia de AC de alta tensión adecuadas para el enlace de HVAC.

La Figura 11 ilustra un sistema de control auxiliar 1020 usado por un aerogenerador con el enlace de HVDC que no es funcional según una realización descrita en esta presente descripción. El sistema de control auxiliar 1020 es el mismo que el sistema de control 500 en la Figura 5 excepto que el sistema de control auxiliar 1020 no incluye el controlador PI 565, el ajustador de potencia reactiva 575 ni los conmutadores 560, 570. Dicho de otra manera, el sistema de control auxiliar 1020 incluye los componentes usados cuando los aerogeneradores operan en el modo de isla cuando el controlador PI 565 y el ajustador de potencia reactiva 575 están desactivados.

Como se muestra, el sistema de control auxiliar 1020 incluye una pata de control de potencia reactiva 1105 y una pata de control de potencia activa 1110. Los diversos componentes en estas patas 1105, 1110 operan de la misma manera que la pata de control de potencia reactiva 585 y la pata de control de potencia activa 580 en la Figura 5 cuando el sistema de control 500 está en el modo de isla. De este modo, las funciones de las patas 1105 y 1110 no se repiten aquí.

En lo anterior, se hace referencia a las realizaciones presentadas en esta descripción. No obstante, el alcance de la presente descripción no se limita a las realizaciones descritas específicas. En su lugar, cualquier combinación de las características y elementos proporcionados anteriormente, ya sean relacionados con diferentes realizaciones o no, se contempla para implementar y poner en práctica las realizaciones contempladas. Además, aunque las realizaciones descritas en la presente memoria pueden lograr ventajas sobre otras soluciones posibles o sobre la técnica anterior, ya sea que se logre o no una ventaja particular por una realización dada no es limitante del alcance de la presente descripción. De este modo, los aspectos, características, realizaciones y ventajas descritos en la presente memoria son meramente ilustrativos y no se consideran elementos o limitaciones de las reivindicaciones adjuntas excepto donde se recite explícitamente en una reivindicación o reivindicaciones.

Como se apreciará por un experto en la técnica, las realizaciones descritas en la presente memoria se pueden incorporar como un sistema, método o producto de programa de ordenador. Por consiguiente, los aspectos pueden tomar la forma de una realización totalmente de hardware, una realización totalmente de software (incluyendo microprograma, software residente, microcódigo, etc.) o una realización que combina aspectos de software y hardware a los que se puede hacer referencia en general en la presente memoria como “circuito”, “módulo” o “sistema”. Además, los aspectos pueden tomar la forma de un producto de programa de ordenador incorporado en uno o más medios legibles por ordenador que tienen código de programa legible por ordenador incorporado en los mismos.

La presente invención puede ser un sistema, un método y/o un producto de programa de ordenador. El producto de programa de ordenador puede incluir un medio (o medios) de almacenamiento legible por ordenador (por ejemplo, un disquete de ordenador portátil, un disco duro, una memoria de acceso aleatorio (RAM), una memoria de solo lectura (ROM), una memoria de solo lectura programable y borrable (EPROM o memoria rápida), una fibra óptica, una memoria de solo lectura de disco compacto portátil (CD-ROM), un dispositivo de almacenamiento óptico, un dispositivo de almacenamiento magnético o cualquier combinación adecuada de los anteriores) que tenga instrucciones de programa legibles por ordenador en el mismo para hacer que un procesador lleve a cabo aspectos de la presente invención.

A continuación, se describen aspectos de la presente descripción con referencia a las ilustraciones del diagrama de flujo y/o diagramas de bloques de métodos, aparatos (sistemas) y productos de programa de ordenador según realizaciones presentadas en esta descripción. Se deberá entender que cada bloque de las ilustraciones de diagrama de flujo y/o diagramas de bloques y las combinaciones de bloques en las ilustraciones de diagrama de flujo y/o diagramas de bloques, se pueden implementar por instrucciones de programa de ordenador. Estas instrucciones de programa de ordenador se pueden proporcionar a un procesador de un ordenador de propósito general, ordenador de propósito especial u otros aparatos de procesamiento de datos programables para producir una máquina, de manera que las instrucciones, que se ejecutan a través del procesador del ordenador u otro aparato de procesamiento de datos programable, creen medios para implementar las funciones/acciones especificadas en el bloque o bloques de diagrama de flujo y/o diagrama de bloques.

El diagrama de flujo y/o diagramas de bloques en las Figs. ilustran la arquitectura, funcionalidad y operación de implementaciones posibles de sistemas, métodos y productos de programa de ordenador según diversas realizaciones. A este respecto, cada bloque en el diagrama de flujo y/o diagramas de bloques puede representar un módulo, segmento o parte de código, que comprende una o más instrucciones ejecutables para implementar la función o funciones lógicas especificadas. También se debería observar que, en algunas implementaciones alternativas, las funciones señaladas en el bloque pueden ocurrir fuera del orden señalado en las figuras. Por ejemplos, dos bloques mostrados en sucesión se pueden, de hecho, ejecutar sustancialmente concurrentemente o los bloques se pueden ejecutar algunas veces en el orden inverso, dependiendo de la funcionalidad implicada. También se observará que cada bloque de la ilustración de diagramas de bloques y/o diagrama de flujo, y combinaciones de bloques en la ilustración de diagramas de bloques y/o diagrama de flujo, se pueden implementar por sistemas basados en hardware de propósito especial que realizan las funciones o acciones especificadas, o combinaciones de hardware de propósito especial e instrucciones de ordenador.

En vista de lo anterior, el alcance de la presente descripción se determina por las reivindicaciones que siguen.

Claims (11)

REIVINDICACIONES

1. Un método, que comprende:

operar un aerogenerador (100) en un primer modo para proporcionar potencia a una red de AC local (336) usando un sistema de control (500),

en donde el sistema de control (500) comprende una pata de control de potencia reactiva (585) que emite una tensión de magnitud (V^mag) y una pata de control de potencia activa (580) que emite un ángulo de factor de tensión (0^w );

y el método comprende además generar señales de control para un convertidor de potencia (315) en el aerogenerador (100) en base al ángulo de factor de tensión (0^w ) y la tensión de magnitud (V^mag), en donde el convertidor de potencia (315) emite una señal de AC trifásica;

conmutar la operación del aerogenerador (100) del primer modo a un segundo modo activando un controlador proporcional-integral (PI) (565) para aumentar por ello la salida de potencia por el aerogenerador (100), en donde el controlador proporcional-integral (PI) (565) se acopla entre la pata de control de potencia reactiva (585) y la pata de control de potencia activa (580) y, en donde, cuando está en el segundo modo, el controlador proporcional-integral (PI) (565) recibe como entrada una diferencia entre un valor de potencia activa deseada (P^d) y un valor de potencia activa real (P^a) de la pata de control de potencia activa (580) y emite un ajuste de tensión para la pata de control de potencia reactiva (585),

y en donde, cuando está en el segundo modo, el aerogenerador (100) transmite potencia a un enlace de corriente continua de alta tensión (HVDC) (340), al que se acopla el aerogenerador (100) a través de la red de AC local (336) y usando un rectificador de diodos (335).

2. El método de la reivindicación 1, que comprende además:

generar una tensión de magnitud (V^mag) en la pata de control de potencia reactiva (585) combinando el ajuste de tensión emitido por el controlador PI (565) con una tensión (V^adj) derivada de una diferencia entre un valor de potencia reactiva deseada (Q^d) y un valor de potencia reactiva real (Q^a).

3. El método como en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde conmutar del primer modo al segundo modo comprende:

activar un ajustador de potencia reactiva (575) acoplado entre la pata de control de potencia reactiva (585) y la pata de control de potencia activa (580), en donde el ajustador de potencia reactiva (575) recibe como entrada una diferencia entre un valor de potencia reactiva deseada (Q^d) y un valor de potencia reactiva real (Q^a) de la pata de control de potencia reactiva (585) y emite un ajuste de ángulo para la pata de control de potencia activa (580).

4. El método de la reivindicación 3, que comprende además:

generar un ángulo de factor de tensión (0^w ) en la pata de control de potencia activa (580) combinando el ajuste de ángulo emitido por el ajustador de potencia reactiva (575) con un ángulo (^u>^v) derivado de una diferencia entre un valor de potencia activa deseada (P^d) y un valor de potencia activa real (P^a).

5. El método de la reivindicación 3, en donde el ajustador de potencia reactiva (575) equilibra una potencia reactiva emitida por el aerogenerador (100A) con relación a la potencia reactiva emitida por otros aerogeneradores (100B, 100C) acoplados al enlace de HVDC (340), a través de la red de AC local (336).

6. Un aerogenerador (100), que comprende:

un sistema de control (500) que comprende:

una pata de control de potencia reactiva (585) que emite una tensión de magnitud (V^mag),

una pata de control de potencia activa (580) que emite un ángulo de factor de tensión (0^w ), y

un controlador proporcional-integral (PI) (565) que se acopla selectivamente entre la pata de control de potencia reactiva (585) y la pata de control de potencia activa (580),

en donde el sistema de control (500) se configura para:

operar el aerogenerador (100) en un primer modo para proporcionar potencia a una red de AC local (336); y generar señales de control para un convertidor de potencia (315) en el aerogenerador (100) en base al ángulo de factor de tensión (0^w ) y la tensión de magnitud (V^mag), en donde el convertidor de potencia (315) se configura para emitir una señal de AC trifásica, y

conmutar la operación del aerogenerador (100) del primer modo a un segundo modo activando el controlador (565) para aumentar por ello la salida de potencia por el aerogenerador (100),

en donde, cuando está en el segundo modo, el controlador (565) recibe como entrada una diferencia entre un valor de potencia activa deseada (P^d) y un valor de potencia activa real (P^a) de la pata de control de potencia activa (580) y emite un ajuste de tensión para la pata de control de potencia reactiva (585),

y en donde, cuando está en el segundo modo, el aerogenerador (100) transmite potencia a un enlace de corriente continua de alta tensión (HVDC) (340) al que se acopla el aerogenerador (100) a través de la red de AC local (336) y usando un rectificador de diodos (335).

7. El aerogenerador (100) de la reivindicación 6, en donde el sistema de control (500) se configura para: generar una tensión de magnitud (V^mag) en la pata de control de potencia reactiva (585) combinando el ajuste de tensión emitido por el controlador PI (565) con una tensión (V^adj) derivada de una diferencia entre un valor de potencia reactiva deseada (Q^d) y un valor de potencia reactiva real (Q^d).

8. El aerogenerador (100) de la reivindicación 6 o la reivindicación 7, en donde el sistema de control (500) comprende:

un ajustador de potencia reactiva (575) acoplado selectivamente entre la pata de control de potencia reactiva (585) y la pata de control de potencia activa (580),

en donde, cuando se conmuta del primer modo al segundo modo, el sistema de control (500) se configura para: activar el ajustador de potencia reactiva (575), en donde el ajustador de potencia reactiva (575) recibe como entrada una diferencia entre un valor de potencia reactiva deseada (Q^d) y un valor de potencia reactiva real (Q^a) de la pata de control de potencia reactiva (585) y emite un ajuste de ángulo para la pata de control de potencia activa (580).

9. El aerogenerador (100) de la reivindicación 8, en donde el sistema de control (500) se configura para: generar un ángulo de factor de tensión (0^w ) en la pata de control de potencia activa (580) combinando el ajuste de ángulo emitido por el ajustador de potencia reactiva (575) con un ángulo (u>^v) derivado de una diferencia entre un valor de potencia activa deseada (P^d) y un valor de potencia activa real (P^a).

10. El aerogenerador (100) de la reivindicación 8, en donde el ajustador de potencia reactiva (575) se configura para equilibrar una potencia reactiva emitida por el aerogenerador (100A) con relación a la potencia reactiva emitida por otros aerogeneradores (100B, 100C) acoplados al enlace de HVDC (340).

11. Un sistema de control para un aerogenerador (100), que comprende:

un procesador; y

una memoria configurada para almacenar un programa, que cuando se ejecuta por el procesador realiza una operación, la operación que comprende:

operar el aerogenerador (100) en un primer modo para proporcionar potencia a una red de AC local (336) usando el sistema de control (500), en donde el sistema de control (500) comprende una pata de control de potencia reactiva (585) que emite una tensión de magnitud (V^mag) y una pata de control de potencia activa (580) que emite un ángulo de factor de tensión (0^w ); y

generar señales de control para un convertidor de potencia (315) en el aerogenerador (100) en base al ángulo de factor de tensión (0^w ) y la tensión de magnitud (V^mag), en donde el convertidor de potencia (315) emite una señal de AC trifásica, y

conmutar la operación del aerogenerador (100) del primer modo a un segundo modo activando un controlador proporcional-integral (PI) (565) para aumentar por ello la salida de potencia por el aerogenerador (100), en donde, el controlador proporcional-integral (565) se acopla entre la pata de control de potencia reactiva (585) y la pata de control de potencia activa (580),

y en donde, cuando está en el segundo modo, el controlador (565) recibe como entrada una diferencia entre un valor de potencia activa deseada (P^d) y un valor de potencia activa real (P^a) de la pata de control de potencia activa (580) y emite un ajuste de tensión para la pata de control de potencia reactiva (585), y en donde, cuando está en el segundo modo, el aerogenerador (100) transmite potencia a un enlace de corriente continua de alta tensión (HVDC) (340) al que se acopla el aerogenerador (100) a través de la red de AC local y usando un rectificador de diodos (335).