ES2854706T3 - Procedimiento para el control de una instalación de energía eólica - Google Patents

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Abstract

Procedimiento para el control de una instalación de energía eólica que presenta un generador controlado mediante un convertidor, en un modo de funcionamiento elevador, en el que se eleva una potencia eléctrica alimentada a una red de suministro eléctrico mediante un retardo generador del generador, estando previstas las siguientes etapas del procedimiento: - determinación de un valor teórico para un momento de generador (N*) en función del valor real de un número de revoluciones (nmed), caracterizado por - la aplicación del valor teórico determinado para el momento de generador (N*) mediante un limitador con límite superior e inferior (Nsup, Ninf) que pueden ser predeterminados a un generador, - generación de una señal elevadora (banderaelevación) para un cambio a un modo de funcionamiento elevador, en el que se alimenta una potencia más elevada a la red de suministro eléctrico, - en respuesta a la señal elevadora (banderaelevación), la determinación del valor teórico para el momento de generador (N*elevación) en el modo de funcionamiento elevador, que en comparación con un valor real de la potencia alimentada (Pconstante) conduce a una potencia eléctrica alimentada más elevada (Pconstante + Pinc), y - en respuesta a una señal de restablecimiento (banderarest), que inicia una reconducción de la instalación de energía eólica a un estado estable y adecuado para el modo de funcionamiento continuo, se produce una limitación de un cambio del valor teórico para el momento de generador (dN*/dt) a lo largo del tiempo en un modo de funcionamiento de restablecimiento.

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento para el control de una instalación de energía eólica
La presente invención se refiere a un procedimiento para el control de una instalación de energía eólica, en el que una potencia eléctrica alimentada a una red de suministro eléctrico es elevada en un modo de funcionamiento elevador gracias a un retardo generador del generador.
La presente invención se refiere al control de la instalación de energía eólica para un modo de funcionamiento denominado "Inercia virtual" (en inglés, Virtual Inertia). A este respecto, para respaldar la red, se alimenta durante poco tiempo una potencia, en particular potencia activa, más elevada a la red de suministro eléctrico. La instalación de energía eólica emula a este respecto una respuesta de subfrecuencia de generadores síncronos convencionales. Desde el punto de vista del balance energético, para la alimentación del valor de potencia más elevado, la energía rotacional acumulada en la masa giratoria de la instalación de energía eólica se convierte mediante el generador en poco tiempo y durante todo tiempo en potencia eléctrica y se alimenta a la red de suministro eléctrico. Este proceso hace que en un modo de funcionamiento elevador se alimenta más potencia eléctrica a la red de suministro eléctrico que la potencia mecánica que se recibe del viento y puede recibirse en poco tiempo. Esto hace que se reduzca el número de revoluciones y, al mismo tiempo, la energía rotacional acumulada. Al final de la fase elevadora, la instalación de energía eólica está respecto al número de revoluciones y al par en un punto de funcionamiento que no está previsto para el funcionamiento continuo. En una fase de restablecimiento, la instalación de energía eólica se hace volver a pasar a un punto de funcionamiento en el que el número de revoluciones y el par tienen una relación óptima predeterminada para la recepción de potencia del viento pudiendo hacerse funcionar la instalación de energía eólica de forma continua. El procedimiento y el modo de actuar para la inercia virtual son difíciles de realizar desde el punto de vista de la técnica de control.
Por el documento EP 2532 888 A1 se conoce una disposición de control para un modo de funcionamiento de inercia virtual en una instalación de energía eólica, en la que la generación de potencia con una potencia adicionalmente elevada se realiza mediante un controlador de dos puntos (controlador bang-bang).
Por el documento DE 102015 208554 A1 se conoce un procedimiento para el funcionamiento de una instalación de energía eólica, pasándose mediante control después de un primer estado de funcionamiento, una primera potencia suministrada y un primer número de revoluciones a un segundo estado de funcionamiento con una segunda potencia suministrada y un segundo número de revoluciones. Para pasar mediante el control al segundo estado de funcionamiento, se determina la potencia aerodinámica disponible para la alimentación, que predetermina el número de revoluciones teórico a ajustar.
Por el documento DE 102012 224067 A1 se ha dado a conocer un procedimiento para regular el momento eléctrico de una instalación de energía eólica en caso de haber un error de red. En respuesta a una caída de tensión se activa un regulador de momentos, que determina un objetivo para el momento eléctrico de la instalación de energía eólica. Se inicializa una rampa de momentos y se compara el valor objetivo del regulador de momentos con el de la rampa de momentos, eligiéndose el más pequeño como valor teórico del momento.
Por el documento DE 2009 014 012 A1 se conoce un procedimiento para el funcionamiento de una instalación de energía eólica en el que la potencia suministrada por el generador de la instalación de energía eólica a la red se eleva en poco tiempo y durante un intervalo de tiempo corto más allá de la potencia actual de la instalación de energía eólica, cuando la frecuencia de red de la red eléctrica queda un valor de frecuencia predeterminado por debajo de la frecuencia teórica deseada de la red.
La invención se basa en el objetivo de poner a disposición un procedimiento para el funcionamiento de una instalación de energía eólica que, con medios sencillos, permita un control fiable del funcionamiento durante y después de poner a disposición una potencia eléctrica más elevada.
De acuerdo con la invención, el objetivo se consigue mediante un procedimiento con las características de la reivindicación 1. Los objetos de las reivindicaciones secundarias representan configuraciones ventajosas.
El procedimiento de acuerdo con la invención está previsto para el control de una instalación de energía eólica provista de un generador controlado mediante un convertidor. La instalación de energía eólica conoce un modo de funcionamiento elevador, en el que se eleva una potencia eléctrica alimentada a una red de suministro eléctrico mediante un retardo generador del generador. En el modo de funcionamiento elevador se alimenta una potencia más elevada a la red de suministro eléctrico que se debe a un retardo generador de la instalación de energía eólica. Gracias al retardo generador, la energía rotacional acumulada en las partes giratorias se convierte en potencia eléctrica. El procedimiento de funcionamiento prevé que en función de un valor real del número de revoluciones se determine un valor teórico para un momento de generador. Se trata de un control de momentos en función del número de revoluciones. En el procedimiento, el valor teórico determinado para el momento de generador se aplica mediante un limitador con límite superior e inferior que pueden ser predeterminados a un convertidor. Si aparece una señal elevadora, se determina un valor teórico para el momento de generador en el modo de funcionamiento elevador. En el modo de funcionamiento elevador, un valor real de la potencia alimentada queda elevado en este caso respecto al valor antes de activarse el modo de funcionamiento elevador. Hacia el final del modo de funcionamiento elevador se pone una señal de restablecimiento que inicia una reconducción de la instalación de energía eólica a un estado estable y adecuado para el modo de funcionamiento continuo. De acuerdo con la invención, para el modo de servicio de restablecimiento, en respuesta a la señal de restablecimiento, se limita un cambio del valor teórico para el momento de generador a lo largo del tiempo. Una señal de restablecimiento no tiene que estar presente necesariamente en forma de un bit de bandera, sino que también puede estar presente en forma de la comprobación de condiciones de activación de un modo de funcionamiento de restablecimiento. En un modo de funcionamiento de restablecimiento, está limitada la velocidad con la que se cambia el momento de generador. De este modo se consigue una reconducción continua y mejor controlable a un estado de funcionamiento estable y adecuado para el funcionamiento continuo y se evitan variaciones demasiado fuertes en la fase de restablecimiento.
En una variante preferible del procedimiento de acuerdo con la invención, cuando la señal de restablecimiento está puesta, el límite superior e inferior para el momento de generador se predeterminan de tal modo que, al alcanzar uno de estos límites, la instalación de energía eólica vuelve a encontrarse en un estado regular.
En otra configuración preferible, cuando la señal de restablecimiento está puesta, se determina el cambio máximo disponible del valor teórico para el momento de generador a lo largo del tiempo en función del cambio del número de revoluciones a lo largo del tiempo. El cambio del número de revoluciones a lo largo del tiempo predetermina a este respecto el cambio del momento de generador a lo largo del tiempo.
Alternativamente a tener en cuenta el cambio del número de revoluciones a lo largo del tiempo, el cambio del valor teórico del momento de generador a lo largo del tiempo también puede determinarse en función de un valor real de la potencia alimentada al presentarse la señal de restablecimiento y de un valor real del número de revoluciones.
En otra alternativa, también es posible determinar el cambio del valor teórico del momento de generador a lo largo del tiempo en función del valor real del número de revoluciones y de la potencia disponible en el viento que fluye hacia el rotor mecánico de la instalación de energía eólica. Es posible además de ello, determinar, cuando está puesta la señal de restablecimiento, el cambio máximo admisible para el valor teórico del momento de generador a lo largo del tiempo en función del cambio del número de revoluciones a lo largo del tiempo, pudiendo usarse como regulador un regulador con un elemento P y/o un elemento PI. Mediante el regulador se tiene en cuenta el cambio del número de revoluciones a lo largo del tiempo, sumándose al mismo un valor constante para el cambio del número de revoluciones a lo largo del tiempo.
En una variante preferible del procedimiento de acuerdo con la invención se reinicia la señal elevadora, o bien cuando ha pasado un intervalo de tiempo Televación predeterminado desde la aparición de la señal elevadora o bien cuando el valor real de la frecuencia en la red de suministro eléctrico es superior a un segundo valor de frecuencia predeterminado, que es superior al primer valor de frecuencia predeterminado. El hecho de reponer la señal elevadora no comprende necesariamente que se anule una señal o se borre un bit de bandera, sino que también puede caracterizarse de forma general como finalización de una primera fase de funcionamiento del modo de funcionamiento elevador. Gracias a ello se genera una histéresis que garantiza un aumento de la frecuencia más allá del umbral de activación, antes de finalizar el modo de funcionamiento elevador. En particular, es importante el límite de tiempo, para no prolongar demasiado el modo de funcionamiento elevador, por ejemplo hasta un número de revoluciones demasiado bajo. En principio, para reponer la señal elevadora también pueden estar previstas otras condiciones, por ejemplo el número de revoluciones u otra magnitud de funcionamiento de la instalación de energía eólica.
En una variante preferible se genera en primer lugar una señal de transición al reponerse la señal elevadora. La señal de transición inicia el llamado modo de funcionamiento de transición. En el modo de funcionamiento de transición, en respuesta a la señal de transición puede ponerse preferentemente el cambio máximo admisible del valor teórico para el momento de generador en un valor constante. De este modo, se pretende un aumento rápido del momento de generador para el funcionamiento de transición.
Un criterio preferido, de poner la señal de restablecimiento y de reponer la señal de transición, está en que aumenta el valor real del número de revoluciones, siendo al mismo tiempo la potencia alimentada inferior a la potencia disponible en el viento. El último criterio garantiza que en el marco del restablecimiento puede alimentarse aún más potencia.
En una configuración preferible, una función de rampa controla el cambio del valor teórico para el momento de generador a lo largo del tiempo.
El modo de funcionamiento de restablecimiento termina cuando el valor teórico del momento de generador está situado en un intervalo predeterminado por el límite superior y el límite inferior del limitador. Mediante los límites superiores e inferiores predeterminados del modo de funcionamiento regular puede garantizarse una finalización del modo de funcionamiento de restablecimiento.
En una configuración preferible del procedimiento se genera la señal elevadora, cuando la frecuencia en la red de suministro eléctrico cae por debajo de un primer valor de frecuencia predeterminado. La caída de la frecuencia por debajo del primer valor de frecuencia predeterminado activa la señal elevadora. Además, en el modo de funcionamiento elevador se aplica el valor teórico calculado para el momento de generador tanto como límite superior como también como límite inferior al limitador. Esto tiene la ventaja de que puede proseguirse con la regulación convencional de número de revoluciones/par y que mediante la unión del límite superior e inferior en el limitador puede predeterminarse un valor teórico nuevamente calculado para el momento de generador.
A continuación, se explica más detalladamente un ejemplo de realización preferible de la invención con ayuda de las figuras. Muestran:
la figura 1 en una vista esquemática, una instalación de energía eólica prevista para la alimentación a la red de suministro eléctrico,
la figura 2 una vista esquemática para la regulación de un convertidor,
la figura 3 una vista esquemática para la determinación del límite superior e inferior para el limitador,
la figura 4 una vista esquemática para el cálculo del valor teórico para el par de generador,
la figura 5 el cálculo del límite superior e inferior durante el funcionamiento de transición o el funcionamiento de restablecimiento,
la figura 6 el proceso para la conmutación del modo de funcionamiento de transición al modo de funcionamiento de restablecimiento,
la figura 7 cuatro alternativas para el funcionamiento de la instalación de energía eólica en el modo de funcionamiento de transición y/o de restablecimiento y
la figura 8 una vista esquemática del desarrollo de tiempo para potencia, momento de generador, número de revoluciones y frecuencia de red.
La figura 1a muestra en una vista esquemática una instalación de energía eólica 10 con una torre 11, una góndola 12 y un rotor 14. El rotor porta varias palas de rotor 16, que reciben potencia del viento. La figura 1b muestra una configuración de una instalación de energía eólica 10 con un generador asíncrono 18 de doble alimentación, que en el lado del rotor está conectado mediante un convertidor 20 y en el lado del estator directamente, es decir, sin estar intercalado un convertidor, con una red de suministro eléctrico 25. Alternativamente, la instalación de energía eólica también puede estar configurada con un convertidor total. La alimentación a la red de suministro eléctrico 25 se realiza, por ejemplo, mediante un transformador 24. La instalación de energía eólica 10 puede ser parte de un parque eólico formado por varias instalaciones de energía eólica 10, que están conectadas por ejemplo mediante una red de parque y un transformador de alta tensión con la red de suministro eléctrico 25. La instalación de energía eólica 10 presenta una regulación 26, que está conectada para una comunicación de datos con el convertidor 20 o su regulación. La regulación 26 está conectada para una comunicación de datos con una regulación de parque eólica 27, que está configurada para la regulación de varias instalaciones de energía eólica 10. El procedimiento de acuerdo con la invención puede estar implementado preferentemente en la regulación 26. En principio, la invención también puede usarse a nivel del parque eólico, predeterminando el regulador del parque eólico 27 valores teóricos para cada instalación de energía eólica 10 individual y midiéndose una frecuencia en el punto de alimentación o en la red del parque.
La figura 2 muestra en una vista esquemática un control 26 para el modo de funcionamiento normal de la instalación de energía eólica. Mediante un regulador PI se regula una diferencia de regulación formada por un valor teórico de número de revoluciones n* y un valor real del número de revoluciones nmed y se convierte en un valor teórico de par N* 101 para el convertidor. El valor teórico de número de revoluciones N* se aplica a un limitador 102. El limitador es un limitador con límite inferior y superior ajustable (limitador dinámico). El límite inferior Nn y el límite superior Nsup son predeterminados por un control de limitador 200. El control de limitador 200 también puede incluir procedimientos para el frenado de la instalación de energía eólica. También pueden estar previstos procedimientos para el fallo de la red de tensión, el llamado caso Fault Ride Through (FRT). En el presente caso, se discute la situación de inercia virtual y su procedimiento, en el que la energía rotacional de la parte giratoria de la instalación de energía eólica se toma aumentándose la potencia eléctrica alimentada. El valor de partida del limitador 102 se usa para controlar el momento de generador N*. El control del momento de generador se realiza según el generador usado y su modo de conmutación. En la máquina asíncrona 18 de doble alimentación anteriormente indicada, el momento de generador se ajusta por ejemplo mediante el mando del convertidor. El momento de generador es el momento eléctrico que debe aplicarse al generador para la generación de potencia eléctrica. En el ejemplo representado en la figura 2, el valor teórico para el momento de generador N* se aplica al convertidor 30, que puede ser el convertidor 20, 22 del lado del generador o del lado de la red o de los dos.
El estado de funcionamiento de inercia virtual usa una frecuencia medida fmed en el punto de alimentación de la instalación de energía eólica. El valor de frecuencia medida fmed representa el valor real y detecta una desviación del valor nominal. En un parque eólico con varias instalaciones de energía eólica conectadas, un control de parque recibe la frecuencia medida y transmite la frecuencia medida sin otro procesamiento a todas las instalaciones de energía eólica conectadas o inicia un procedimiento correspondiente en la instalación de energía eólica. Alternativamente, la frecuencia también puede medirse localmente para una o varias instalaciones, por lo que se evita un retardo de tiempo de propagación y un esfuerzo por comunicación en el parque eólico.
La medición de frecuencia se evalúa en el control de la instalación de energía eólica para activar la función de la inercia virtual. Cuando la frecuencia cae por debajo de una frecuencia de activación factivación como primer valor de frecuencia predeterminado, se activa el procedimiento para la inercia virtual en el control del controlador 200. Cuando está activada la función de inercia virtual se pone una señal elevadora correspondiente y se pasa por una serie de estados de funcionamiento: El modo de funcionamiento elevador y el modo de funcionamiento de restablecimiento con modo de funcionamiento de transición eventualmente intercalado.
La figura 4 describe la generación de la señal elevadora banderaelevación, así como del valor teórico para el momento de generador Negación. La magnitud de entrada para la generación de la señal elevadora banderaelevación es el valor real de la frecuencia fmed en la red de suministro eléctrico. En la etapa 302, el valor real de la frecuencia se compara con un primer valor de frecuencia predeterminado para la frecuencia de activación factivación. Si el valor real es inferior al primer valor de frecuencia predeterminado, la salida del circuito de detección 304 correspondiente se pone a 1. La señal de salida del circuito de detección 304 se aplica a la entrada PONER de un inestable 306, de modo que en la salida Q de éste está presente la señal elevadora banderaelevación. Si el valor real de la frecuencia en una comparación 308 es superior a un segundo valor de frecuencia predeterminado para una frecuencia de restablecimiento Aposición, esto se detecta en el circuito de detección 310 y un valor 1 correspondiente se aplica a la entrada del circuito O 312. A la otra entrada del circuito O 312 se aplica la salida de un elemento de tiempo 314, cuya salida está presente en un comparador 316 para la determinación de un intervalo de tiempo predeterminado, la duración de elevación Televación. Si se excede el intervalo de tiempo predeterminado Televación, se aplica un 1 al circuito O 312. A continuación, se describirán otras condiciones para el circuito O 312. La salida del circuito O 312 se aplica a la entrada REPONER del biestable 306, que sirve para poner a cero la salida Q.
La señal elevadora banderaelevación se aplica a una bifurcación si-entonces 318. Cuando está puesta la señal elevadora banderaelevación, a la salida entonces se aplica una potencia eléctrica constante Pconstante 320. La potencia eléctrica constante Pconstante 320 se realimenta mediante un elemento de tiempo z-1324. Con la potencia eléctrica constante Pconstante 320 se mantiene constante el valor real de la potencia eléctrica antes de aparecer la señal elevadora y se usa como base para el control durante el modo de funcionamiento elevador.
En un bloque adicional 301 se determina una potencia adicional Pinc como suplemento de potencia. Para determinar el suplemento de potencia pueden elegirse diferentes enfoques. En un enfoque se toma como base la potencia nominal Pn. En una configuración alternativa, puede tomarse como base la potencia constante Pconstante. Según la configuración, puede multiplicarse un porcentaje como parte con la magnitud base, para obtener el suplemento de potencia Pinc. Como alternativa, también es posible elegir un factor en función de la frecuencia que se multiplica a continuación según el valor de frecuencia con la magnitud base. Se suman la potencia constante Pconstante y la potencia adicional Pinc y se dividen por el valor real actual del número de revoluciones nmed, para determinar el valor teórico para el momento de generador N*elevación.
En resumen, respecto al proceso en la figura 4 puede decirse que, cuando se detecta la frecuencia por debajo del valor de frecuencia factivación, se genera una señal elevadora banderaelevación durante un tiempo de elevación Televación que puede ser predeterminado. Mediante el uso de una segunda frecuencia predeterminada Aposición, puede salirse antes de tiempo del modo de funcionamiento elevador. Otras condiciones posibles para salir antes de tiempo del modo de funcionamiento elevador pueden ser, por ejemplo, un número de revoluciones mínimo del generador. Por el número de revoluciones mínimo del generador puede evitarse una desconexión de la instalación de energía eólica como resultado del modo de funcionamiento elevador. También puede estar definida una velocidad mínima para el generador o una reducción máxima del número de revoluciones, para evitar un modo de funcionamiento de pérdida de sustentación y una parada de la instalación de energía eólica. Si se termina antes de tiempo el modo de funcionamiento elevador, también se repone la señal elevadora banderaelevación.
El cálculo de la señal elevadora y del valor teórico para el par del generador en el modo de funcionamiento elevador representado en la figura 4, se realiza según el diagrama de bloques de la figura 3 para determinar el límite superior Nsup y el límite inferior Nn en el limitador 102. Para determinar el límite superior e inferior para el limitador 102, en la figura 3 se aplican el valor real del número de revoluciones nmed, el valor real de la frecuencia fmed y el valor real de la potencia eléctrica Pmed alimentada a un bloque 300. El bloque 300 tiene la estructura explicada respecto a la figura 4. Las magnitudes de salida del bloque 300 son la señal elevadora banderaelevación y el valor teórico para el par N*elevación en el modo de funcionamiento elevador. En una bifurcación si-entonces 201 y 202 se aplica respectivamente la señal elevadora banderaelevación, así como el valor teórico de par N*elevación determinado para el modo de funcionamiento elevador. Además, existen como alternativa "sino" los valores para el par máximo Nmáx y el par mínimo Nmín previstos para el modo de funcionamiento normal. Cuando se ha activado la señal elevadora banderaelevación, se emite durante este tiempo como límite superior N*sup 203 y N*inf 204 en la relación si-entonces. Si no está presente ninguna señal elevadora banderaelevación, se pone el valor Nmáx como límite superior N*sup y Nmín como límite inferior N*inf para el limitador.
Los límites superiores e inferiores determinados mediante la relación si-entonces se aplican a un bloque de control 400 unitario. El bloque de control 400 unitario tiene como otras señales de entrada también la señal elevadora, así como el valor real del número de revoluciones nmed y el valor real de la potencia eléctrica Pmed alimentada. Se suma el valor de la potencia Paero actualmente disponible por el viento. En el bloque de control 400 unitario se calculan a partir de los valores teóricos aplicados para el límite superior N*sup y el inferior N*inf los límites superiores e inferiores Nn y Nsup aplicados al limitador. Se trata en este sentido de un bloque de control 400 unitario, puesto que el mismo controla los valores teóricos aplicados para el par en cada estado de funcionamiento que puede producirse en una función de inercia virtual.
La transformación de los valores teóricos N*inf y N*sup en las magnitudes de control Nn y Nsup se realiza mediante una función de rampa 401, 402. Las funciones de rampa se activan mediante una señal de rampa 410. La activación de la función de rampa se realiza cuando está activada o bien la señal de transición banderatrans 412 o la señal de restablecimiento bandera^ 414. Además, el valor teórico N* 416 obtenido del control del número de revoluciones para el momento de generador debe ser en el comparador 418 inferior al valor teórico para el límite inferior del par N*inf. En la figura 5 no está representada la otra alternativa en la que está previsto un segundo comparador, que comprueba adicionalmente si el valor teórico para el momento de generador N* es eventualmente también superior al valor teórico para el límite superior N*sup. En cualquier caso, es una condición necesaria para la activación de las funciones de rampa 401 y 402 que el valor teórico N* para el momento de generador esté fuera de los valores teóricos para el momento de generador N*inf y N*sup.
Cuando están activadas las funciones de rampa, a la función de rampa 401 se aplica la rampa rampas para el límite inferior en el limitador y a la función de rampa 402 la rampa rampasup para el límite superior en el limitador. Las rampas representan cambios máximos admisibles a lo largo del tiempo para el momento de generador.
El cálculo de las funciones de rampa se realiza en el bloque 600. La figura 7 muestra cuatro ejemplos de realización para los cálculos de las rampas en el bloque 600. En el cálculo de las funciones de rampa hay que distinguir si después de finalizar el modo de funcionamiento elevador está previsto un modo de funcionamiento de transición para la instalación de energía eólica o si el control de funcionamiento cambia directamente al modo de funcionamiento de restablecimiento. Las figuras 7a y 7b se refieren a un control de funcionamiento en el que la instalación de energía eólica cambia directamente al modo de restablecimiento, mientras que las figuras 7c y 7d muestran también un área de transición intercalada.
La figura 7a muestra la determinación de una señal de mando 602 ramparest para la función de rampa. La señal de mando ramparest se obtiene por ejemplo de una tabla de consulta en la que está representado el cambio del momento de generador a lo largo del tiempo respecto al cambio del número de revoluciones. El cambio del número de revoluciones se determina a partir del valor real del número de revoluciones nmed mediante un elemento diferenciador 606. En la tabla de consulta 604 se determina la relación entre la potencia Paero que puede recibirse del viento y la potencia eléctrica alimentada. En la tabla de consulta hay que tener en cuenta que debido a un número de revoluciones creciente aumenta la energía rotacional en la instalación de energía eólica, mientras que con un momento de generador N decreciente se reduce también la potencia eléctrica alimentada. Mediante la señal de mando ramparest 602 se limita el cambio máximo admisible del momento de generador. En una aplicación en las funciones de rampa, ramparest puede aplicarse tanto como rampas a la función de rampa 401 como también como rampasup a la función de rampa 402.
La figura 7b muestra una configuración alternativa, en la que la derivación del valor real a lo largo del tiempo suma dn * .
mediante un término de cambio constante / const 608. El cambio del número de revoluciones más elevado de este modo se regula mediante un regulador 610. El regulador 610 presenta un elemento proporcional y puede estar realizado como regulador P, PI o PID. La magnitud de partida del regulador 610 es la señal de mando 602 ramparest para el mando de las funciones de rampa 401 y 402.
La figura 7c muestra un ejemplo para el cálculo de las señales de mando rampatrans y ramparest para las funciones de rampa, cuando después del modo de funcionamiento elevador se distingue entre el modo de funcionamiento de transición y el modo de funcionamiento de restablecimiento. Durante el modo de funcionamiento de transición se predefine un valor constante ^ ~ / const 631 para el cambio máximo admisible del momento de generador. Este valor definido es constante a lo largo del tiempo para el área de transición. Cuando después del modo de funcionamiento de transición vuelve a conmutarse al modo de funcionamiento de restablecimiento, partiendo del límite inferior Nn que está presente anteriormente, este se hace retroceder un paso en el tiempo y se resta una magnitud de cociente 612. La magnitud de cociente 612 se compone del cociente, formado por la diferencia de la potencia Paero disponible por el viento y una diferencia de potencia AP predeterminada. El denominador del cociente está formado por el valor real del número de revoluciones. La potencia dividida por el número de revoluciones corresponde a un par, pudiendo interpretarse el cociente como un par que debe ser predeterminado, para mantenerse una diferencia de potencia AP constante por debajo de la potencia Paero disponible. El momento de generador se reduce lo que corresponde a esta magnitud. La diferencia se divide por un intervalo de tiempo Tmuestreo 614, para obtener así un cambio de par máximo admisible como señal de mando ram pa s para la función de rampa. La idea central en el funcionamiento de restablecimiento es que la diferencia de potencia AP no se toma del viento, para aumentar así la energía rotacional de la instalación de energía eólica.
Otra configuración se explica en la figura 7d. También en este caso, la señal de mando 602 para la función de rampa está puesta durante todo el funcionamiento de transición a un valor constante ^ ~ / const 641. En el modo de funcionamiento de restablecimiento, se calcula la señal de mando ram pa s 616 con un enfoque similar como el que está representado en la figura 7c. No obstante, el momento a restar en la etapa 618 no se determina con ayuda de una potencia de diferencia fijamente predeterminada, sino partiendo del valor real de potencia Pmed y del valor real para el número de revoluciones. Mientras la señal de restablecimiento bandera^ está presente en la bifurcación sientonces, el valor real de la potencia se mantiene constante mediante el elemento de tiempo z-1, es decir, se mantiene en el valor de antes de haber cambiado al modo de funcionamiento de restablecimiento. Para el valor de revoluciones nmed se elige el valor real actual. La idea central en esta configuración es que, gracias a mantenerse constante el valor de potencia, se produce una corrección proporcional del momento de generador según el valor real de la potencia al empezar el modo de funcionamiento de restablecimiento, haciéndose depender esto del valor real del número de revoluciones nmed.
Con respecto al bloque de control 600 unitario, esto significa que, cuando a la bifurcación si-entonces 403 se aplica la señal de transición banderatrans 412, la señal de mando rampas para la función de rampa 401 corresponde a la señal de mando rampatrans calculada. Si en cambio se aplica la señal de restablecimiento bandera^ 414 a la bifurcación sientonces 403, la señal de mando rampas para la función de rampa 401 está predeterminada por la señal de mando 616 ramparest. La conmutación de la señal elevadora (banderaelevación) a la señal de transición (banderatrans) o a la señal de restablecimiento (bandera^) está representada en el bloque de conmutación 500 en la figura 5. Una posible estructura más detallada del bloque de conmutación 500 se muestra en la figura 6.
Elementos centrales para la conmutación son dos circuitos biestables 502, 504. En la entrada PONER del circuito biestable 502 está presente la señal elevadora banderaelevación, que mediante un circuito de detección 506, al desactivar la señal elevadora aplica una señal de entrada a la entrada PONER del biestable y genera por lo tanto una señal de transición banderatrans en la salida Q del circuito biestable 502. La condición final para el área de transición se consigue mediante activación en la entrada REPONER del biestable 502. La terminación del área de transición puede hacerse despender de que sea positivo el cambio del número de revoluciones. Esto significa que el número de revoluciones vuelve a aumentar, de modo que puede reponerse la señal de transición banderatrans. Alternativamente a un aumento del número de revoluciones, también puede aplicarse una señal a la entrada REPONER del circuito biestable, cuando la potencia medida Pmed es inferior a la potencia actualmente disponible por el viento Paero.
En los dos casos, termina el área de transición y se desactiva la señal de transición banderatrans. En respuesta a la desactivación de la señal de transición banderatrans, la unidad de detección 508 aplica una señal a la entrada PONER del circuito biestable 504. Correspondientemente, se activa en la salida Q la señal de restablecimiento banderarest. El modo de funcionamiento de restablecimiento se mantiene hasta que en la entrada REPONER del circuito biestable 504 se aplique la señal de salida del comparador 510, que indica que el valor teórico para el momento de generador N* es superior al límite inferior Nn en el limitador. Adicionalmente puede estar previsto otro comparador, que compara si el valor teórico N* es inferior al valor límite superior Nsup en el limitador.
La funcionalidad del modo de funcionamiento de transición y del modo de funcionamiento de restablecimiento puede resumirse de la siguiente manera: Se pone una señal para el servicio de transición, en cuanto se detecte que se ha desactivado el modo de funcionamiento elevador y se ha activado la señal para el modo de funcionamiento para la inercia virtual. Puede desactivarse el modo de transición, cuando se cumpla una de las dos condiciones de la figura 6 que se aplican a la entrada REPONER del circuito biestable 502. Si el número de revoluciones es superior a un valor positivo reducido que puede ser predeterminado y suficientemente elevado para activar oscilaciones por velocidad en el generador. La segunda condición se refiere al valor real de la potencia eléctrica alimentada, por ejemplo en forma de la potencia activa, en comparación con la potencia aerodinámica Paero estimada proporcionada por el viento. Una diferencia que puede predeterminarse en la potencia está basada en las pérdidas entre la potencia aerodinámica y la potencia alimentada y debería ser suficientemente grande para impedir la activación de oscilaciones en la potencia aerodinámica estimada o en la potencia activa suministrada.
Cuando ha terminado el modo de funcionamiento de transición, se inicia el modo de funcionamiento de restablecimiento. El modo de funcionamiento de restablecimiento se mantiene conectado mientras el valor teórico del par para el modo de funcionamiento normal esté limitado por el límite inferior del limitador (véase el comparador 510). Una desactivación del modo de funcionamiento de restablecimiento indica que la instalación de energía eólica vuelve a su modo de funcionamiento normal.
La figura 8 muestra respecto al tiempo el desarrollo cualitativo de la potencia activa P, del momento de generador N, del número de revoluciones u> y de la frecuencia f en la red de suministro eléctrico. El modo de funcionamiento se activa en el momento t-i, en el que la frecuencia de la red f cae por debajo de un valor factivación. En el momento t1 se activa el modo de funcionamiento elevador. Después de un breve aumento de la potencia activa alimentada y del momento de generador N, la potencia alimentada alcanza un valor constante, que es Pinc superior al valor de potencia Ppre anteriormente usado. En el modo de funcionamiento elevador aumenta el momento de generador N y baja el número de revoluciones u>.
Después del intervalo de tiempo predeterminado para la alimentación de potencia más elevada Televación se ha llegado al momento t2 y sigue el área de transición. El área de transición está caracterizada porque el momento de generador se reduce con una pendiente constante entre el intervalo de tiempo t2 y t3. En este lapso de tiempo se estabiliza el número de revoluciones. Termina el área de transición cuando se ha alcanzado un límite de potencia inferior Pdip. De este modo queda garantizado que la potencia en la instalación de energía eólica no baje de forma demasiado brusca produciéndose una parada de la instalación de energía eólica. Después de terminar el modo de funcionamiento de transición, vuelve a comenzar el modo de funcionamiento de restablecimiento en el momento t3. En el modo de funcionamiento de restablecimiento aumentan tanto el par como el número de revoluciones hasta que haya terminado el modo de funcionamiento de restablecimiento. Al terminar el modo de funcionamiento de restablecimiento, la potencia eléctrica alimentada corresponde a la potencia eléctrica alimentada antes de la caída de la frecuencia.
Lista de referencias
10 Instalación de energía eólica
11 Torre
12 Góndola
14 Rotor
16 Palas de rotor
18 Generador asíncrono
20 Convertidor
24 Transformador
25 Red de suministro eléctrico
26 Regulación
27 Regulación del parque eólico
28 Elemento PT
102 Limitador
200 Control del limitador
201 Bifurcación si-entonces
202 Bifurcación si-entonces
300 Bloque
301 Bloque adicional
302 Comparador
304 Circuito de detección
306 Biestable
308 Comparador
310 Circuito de detección
312 Circuito O
314 Elemento de tiempo
316 Comparador
318 Bifurcación si-entonces
320 Elemento de tiempo
322 Elemento de selección
324 Elemento de selección
326 Elemento de cálculo
400 Bloque de control unitario
401 Función de rampa
402 Función de rampa
403 Bifurcación si-entonces
418 Comparador
420 Bloque acumulador
500 Bloque de conmutación
502 Circuito biestable
504 Circuito biestable
506 Circuito de detección
508 Circuito de detección
510 Comparador
600 Bloque de control
604 Tabla de consulta
606 Elemento diferenciador
610 Regulador
n* Valor teórico del número de revoluciones
nmed Valor real del número de revoluciones
N* Valor teórico del par
N*’ Valor teórico de par limitado
N elevación Valor teórico para el momento de generador
N inf Límite inferior aplicado
Nsup Límite superior aplicado
N*inf Valor teórico para el límite inferior
N*sup Valor teórico para el límite superior
Nmín Par mínimo
Nmáx Par máximo
fmed Frecuencia de red medida
factivación Frecuencia de activación
freposición Frecuencia de reposición
T elevación Duración de elevación
P aero Potencia disponible
P elevación(f) Valor de potencia determinado en función de la frecuencia
P constante Potencia eléctrica constante
Pinc Potencia a proporcionar adicionalmente
Pel Potencia eléctrica alimentada antes de producirse la caída de la frecuencia
P med Potencia eléctrica medida
Pn Potencia nominal
Ptotal Valor teórico de potencia agregado
N*elevación Valor teórico para el momento de generador en el modo de funcionamiento elevador Nmáx Par máximo en el modo de funcionamiento normal
Nmín Par mínimo en el modo de funcionamiento normal
band6r8elevación Señal elevadora
banderatrans Señal de transición
banderarest Señal de restablecimiento
rampainf Rampa para el límite inferior
rampasup Rampa para el límite superior
ramparest Señal de mando para la función de rampa en el modo de funcionamiento de restablecimiento rampatrans Señal de mando para la función de rampa en el modo de funcionamiento de transición rampaactiva Señal de rampa
dn*
~ Cambio del número de revoluciones constante a lo largo del tiempo
dt / const
dN *
/ Valor constante para el cambio del par a lo largo del tiempo
dt const
AP Diferencia de potencia constante
Pdip Límite inferior de la potencia

Claims (12)

REIVINDICACIONES
1. Procedimiento para el control de una instalación de energía eólica que presenta un generador controlado mediante un convertidor, en un modo de funcionamiento elevador, en el que se eleva una potencia eléctrica alimentada a una red de suministro eléctrico mediante un retardo generador del generador, estando previstas las siguientes etapas del procedimiento:
- determinación de un valor teórico para un momento de generador (N*) en función del valor real de un número de revoluciones (nmed), caracterizado por
- la aplicación del valor teórico determinado para el momento de generador (N*) mediante un limitador con límite superior e inferior (Nsup, Ninf) que pueden ser predeterminados a un generador,
- generación de una señal elevadora (banderaelevación) para un cambio a un modo de funcionamiento elevador, en el que se alimenta una potencia más elevada a la red de suministro eléctrico,
- en respuesta a la señal elevadora (banderaelevación), la determinación del valor teórico para el momento de generador (N*elevación) en el modo de funcionamiento elevador, que en comparación con un valor real de la potencia alimentada (Pconstante) conduce a una potencia eléctrica alimentada más elevada (Pconstante Pinc), y
- en respuesta a una señal de restablecimiento (banderarest), que inicia una reconducción de la instalación de energía eólica a un estado estable y adecuado para el modo de funcionamiento continuo, se produce una limitación de un cambio del valor teórico para el momento de generador (dN*/dt) a lo largo del tiempo en un modo de funcionamiento de restablecimiento.
2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que, cuando está puesta la señal de restablecimiento (banderarest), se determina el cambio máximo admisible del valor teórico para el momento de generador (dN*/dt) en función del cambio del número de revoluciones (dn/dt) a lo largo del tiempo.
3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que, cuando está puesta la señal de restablecimiento (banderarest), se determina el cambio máximo admisible del valor teórico del momento de generador (dN*/dt) a lo largo del tiempo en función de un valor real de la potencia alimentada (Pmed) cuando aparece la señal de restablecimiento y de un valor real del número de revoluciones (Pmed).
4. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que, cuando está puesta la señal de restablecimiento (banderarest), se determina el cambio máximo admisible del valor teórico del momento de generador (dN*/dt) a lo largo del tiempo en función del valor real del número de revoluciones (nmed) y de la potencia disponible (P aero).
5. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que, cuando está puesta la señal de restablecimiento (banderarest), se determina el cambio máximo admisible del valor teórico para el momento de generador (dN*/dt) a lo largo del tiempo en función del cambio del número de revoluciones (dnmed/dt) mediante un regulador con un elemento P y/o un elemento PI.
6. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado por que al cambio del valor real del número de revoluciones a lo largo del tiempo (dnmed/dt) para la determinación del cambio máximo admisible del valor teórico para el momento de generador (dN*dt) a lo largo del tiempo se suma un término constante (dn*dt).
7. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que se repone la señal elevadora (banderaelevación), cuando o bien ha pasado un intervalo de tiempo predeterminado (Televación) desde la aparición de la señal elevadora (banderaelevación) o cuando el valor real de la frecuencia (fmed) en la red de suministro eléctrico es superior a un segundo valor de frecuencia (freposición) predeterminado, que es superior al primer valor de frecuencia predeterminado (factivación).
8. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que se genera una señal de transición (banderatrans) al reponer la señal elevadora (banderaelevación) y antes de una señal de restablecimiento (banderarest).
9. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado por que cuando está presente la señal de transición (banderatrans), el cambio máximo admisible del valor teórico para el momento de generador (dN*dt) a lo largo del tiempo se pone en un valor constante.
10. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 8 o 9, caracterizado por que la señal de transición (banderatrans) se repone y se pone la señal de restablecimiento (banderarest), cuando aumenta el valor real del número de revoluciones (nmed) y la potencia alimentada (Pmed) es inferior a la potencia disponible (Paero).
11. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por que una función de rampa controla el cambio del valor teórico para el momento de generador (dN*/dt) a lo largo del tiempo.
12. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado por que se repone la señal de restablecimiento (bandera^), cuando el valor teórico del momento de generador (N*) está situado en un intervalo predeterminado por el límite superior (Nsup) y el límite inferior (N¡nt) del limitador.
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