ES2857625T3 - Un sistema de control en un convertidor y un método para hacer funcionar un convertidor - Google Patents

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Abstract

Un sistema de control adaptado para controlar un sistema de conversión de potencia conectado a una red eléctrica de CA, estando dicho sistema de control adaptado para recibir una referencia de potencia reactiva proporcionada externamente y comprendiendo el sistema de control un controlador (23) adaptado para controlar la potencia reactiva alimentada a la red de CA por dicho sistema de conversión de potencia y para producir una referencia (Ir_ref) de corriente reactiva, una referencia (Ia_ref) de corriente activa, un limitador (21) de corriente total para producir referencias limitadas (Ia_ref_lim, Ir_ref_lim) de corriente activa y reactiva, estando el limitador (21) de corriente total adaptado para funcionar en prioridad de corriente reactiva limitando la referencia de corriente activa cuando la corriente total compuesta de la referencia de corriente reactiva y la referencia de corriente activa excede un límite establecido y medios adaptados para producir una señal (CS) de capacidad que indica la capacidad de corriente del sistema de conversión de potencia, teniendo la señal de capacidad un valor límite (CS_L), comprendiendo el sistema de control además un rastreador de referencia de potencia reactiva mínima adaptado para recibir la referencia de potencia reactiva proporcionada externamente y la señal de capacidad, y adaptado además para generar una referencia (Uref2) de potencia reactiva generada internamente basada en la referencia de potencia reactiva proporcionada externamente, la señal de capacidad y el valor límite establecido para la señal de capacidad, referencia (Uref2) de potencia reactiva generada internamente que está adaptada para ser alimentada al controlador adaptado para controlar la potencia reactiva alimentada por el sistema de conversión de potencia a la red de CA, estando el rastreador de referencia de potencia reactiva mínima adaptado para regular la referencia (Uref2) de potencia reactiva generada internamente a un valor con el que la referencia de corriente activa no está limitada.

Description

DESCRIPCIÓN
Un sistema de control en un convertidor y un método para hacer funcionar un convertidor
Campo de la invención
La presente invención se refiere en general a convertidores de potencia conectados a una red.
Antecedentes de la invención
Los convertidores de potencia conectados a una red son dispositivos en los que se utilizan componentes de conmutadores semiconductores para producir tensión alterna para suministrar energía a la red. Tales convertidores se utilizan, por ejemplo, en conexión con la energía solar y la energía eólica, y en general en sistemas de generación de energía en los que un generador giratorio no está sincronizado con la red a la que se ha de alimentar energía.
Un ejemplo de un convertidor conectado a una red es un inversor de fuente de tensión trifásica cuya salida está conectada a la red. El convertidor conectado a una red se suele denominar convertidor del lado de la red (GSC, por sus siglas en inglés). El convertidor del lado de la red está conectado a un circuito intermedio de CC y la energía se alimenta al convertidor del lado de la red a través del circuito intermedio de CC desde un convertidor del lado de la máquina (MSC, por sus siglas en inglés). El convertidor del lado de la máquina está conectado a un generador giratorio que gira mediante una fuente de energía, tal como el viento o el agua.
En relación con la generación de energía solar, la energía producida es CC y, por lo tanto, no se requiere un convertidor del lado de la máquina. En lugar de ello, la tensión de CC producida con el generador helioeléctrico se modifica a un nivel adecuado de modo que el convertidor del lado de la red pueda alimentar la energía producida a la red.
Los sistemas de convertidores eólicos de plena potencia típicos comprenden un controlador de turbina eólica (WTC, por sus siglas en inglés) que proporciona una referencia Uref1 de tensión de CA externa y una referencia Pref de potencia activa a un sistema de convertidores de potencia. El controlador de turbina eólica es un controlador de nivel superior que controla el funcionamiento total del sistema de convertidores y funciones relacionadas pertinentes al funcionamiento de la turbina eólica, tales como, pero no limitadas a, el control de paso de las palas, las comunicaciones con un controlador de parque eólico de nivel superior. El sistema de convertidores de potencia tiene un convertidor del lado de la red conectado a la red eléctrica mediante un transformador de turbina eólica y el sistema colector del parque eólico, y un convertidor del lado de la máquina que controla el generador y un circuito intermedio de CC que conecta los dos convertidores.
En el convertidor del lado de la red, un controlador de tensión de CA regula la tensión de CA del lado de la red y produce un valor Ir_ref de referencia para la corriente reactiva. Además, un controlador de circuito intermedio de c C regula la tensión de CC del circuito intermedio de CC a un valor de referencia y produce una referencia Ia_ref de corriente activa.
Además, una implementación típica de un convertidor del lado de la red incluye un limitador de corriente que obliga a las corrientes a estar dentro de cierto límite. El limitador de corriente puede funcionar de manera que las referencias
Ir ref e la_ref de corriente se mantengan por debajo de un límite llim según Im - V^a- rc^ r- rc^ . El límite llim es el límite máximo de corriente continua del convertidor del lado de la red. El limitador de corriente funciona en prioridad de corriente activa y produce referencias limitadas Ia_ref_lim e Ir_ref_lim de corriente. Con la prioridad de corriente activa se hace referencia al principio de funcionamiento según el cual la referencia Ir_ref_lim de corriente reactiva se reduce adecuadamente en caso de que se alcance o se supere dicho límite.
El convertidor del lado de la red comprende además controladores para regular las inyecciones de corriente activa Ia y reactiva Ir hacia la red en respuesta a sus referencias limitadas Ia_ref_lim e Ir_ref_lim.
En un sistema de convertidores eólicos de plena potencia típico, el controlador de tensión de CA del convertidor del lado de la red sigue la referencia Uref1 de tensión de CA que se recibe del controlador de turbina eólica. La referencia Pref de potencia activa que se recibe del controlador de turbina eólica se convierte en una referencia de par del generador correspondiente para el convertidor del lado de la máquina, que controla el generador de la turbina eólica correspondientemente. La energía producida por el generador pasa a través del convertidor del lado de la máquina y se inyecta en el circuito intermedio de CC. La tensión del circuito intermedio de CC es regulada por el controlador del circuito intermedio de CC del convertidor del lado de la red. Los GSC de las turbinas eólicas están conectados en muchos casos prácticos a redes muy débiles, es decir, redes con una impedancia de red tan alta que dan como resultado una relación de cortocircuito (SCR, por sus siglas en inglés) baja en el punto de conexión a la red del parque eólico del orden de 1...2.
En caso de que los sistemas de convertidores descritos anteriormente estén conectados a redes muy débiles y estén funcionando a la potencia activa nominal o cerca de la misma, con frecuencia se les impide funcionar de manera estable dentro de su banda de funcionamiento de tensión de CA nominal debido a su límite Ilim de corriente.
Este funcionamiento inestable también se conoce como "hundimiento de la tensión" y es altamente indeseable, ya que impide la producción normal de energía.
Este fenómeno se debe a los límites de transferencia de la línea física en los puntos de potencia activa, potencia reactiva y tensión (P, Q, U) realizables. Estos límites físicos requieren que para transferir cierta cantidad de potencia activa P hacia la red se deba mantener cierta tensión mínima U que, a su vez, conducirá a una potencia reactiva suficiente para garantizar la estabilidad de la tensión. Como consecuencia, para una Pref dada emitida por el WTC, existe una referencia Uref1 de tensión de CA mínima que debe ser proporcionada por el WTC al sistema de convertidores, para evitar un hundimiento de la tensión en los terminales GsC.
La cadena de eventos que conducen al hundimiento de la tensión en el límite Ilim de corriente es la siguiente. Cuando se reduce la referencia Uref1 de tensión de CA, se necesita más corriente activa para crear la misma cantidad de potencia activa según Pref. Finalmente, cuando se alcanza el límite Ilim de corriente, la reserva de
corriente reactiva requerida ^ /ilim2 ~[ ü rcf - iim2 se agota, ya que la necesidad de corriente activa aumenta más rápido de lo que la necesidad de corriente reactiva desciende en función de la tensión de CA del convertidor. La corriente activa tiene prioridad cuando se alcanza el límite Ilim de corriente. Esto provoca una reducción en la corriente reactiva, que nuevamente reduce la tensión de CA en los terminales GSC, lo que nuevamente tendrá como resultado una mayor necesidad de corriente activa. Esta cadena de eventos terminará en el hundimiento de la tensión de CA del convertidor fuera de la banda de funcionamiento de tensión nominal, lo que conducirá al GSC al modo de mantenimiento de conexión en caso de caída de tensión o hará que se desconecte.
Esta referencia Uref1 de tensión de CA mínima que ha de ser proporcionada por el WTC aumenta con el X/R de la red y la relación de cortocircuito (SCR) decreciente. Para redes extremadamente débiles con SCR = 1 y X/R de moderado a alto, el GSC debe funcionar a referencias de tensión de CA elevadas (> 1 pu) para evitar el hundimiento de la tensión.
Los puntos (P, Q, U) realizables podrían identificarse a priori mediante análisis de flujo de carga estática (LFA, por sus siglas en inglés) para un escenario de red conocido y almacenarse en forma de una tabla de consulta dentro del WTC, para que el WTC pueda emitir referencias de tensión y potencia activa adecuadas al sistema de convertidores evitando la inestabilidad de tensión.
Sin embargo, las variables reales, como por ejemplo la SCR del parque eólico y las cargas cercanas al punto de conexión, son desconocidas para el WTC o difíciles de estimar de manera fiable. Por lo tanto, en la práctica, el controlador del parque eólico y, en consecuencia, el WTC deberán reservar un "margen de seguridad" considerable en la referencia Uref1 de tensión de CA del convertidor y/o Pref para minimizar el riesgo de entrar en un hundimiento de tensión. Sin embargo, la reducción de Pref (es decir, la restricción de energía) no es deseable, ya que esto reducirá los ingresos del parque eólico, y el aumento de Uref1 a un valor innecesariamente alto limitará el convertidor eólico y, por lo tanto, la capacidad de potencia reactiva del parque eólico, lo que no es deseable desde la perspectiva del operador de la red.
Los documentos EP 2733811 A2 y EP 2876768 A1 divulgan sistemas y métodos en los que se controlan las centrales eléctricas para tener en cuenta las demandas de la red.
Por tanto, sería deseable hacer funcionar el sistema de convertidores eólicos de tal manera que se realice la referencia de potencia activa y bien se realice, bien se aumente sólo mínimamente, la referencia de tensión de CA, para facilitar el funcionamiento estable del convertidor.
Breve descripción de la invención
Un objetivo de la presente invención es proporcionar un método y un sistema de control para implementar el método con el fin de resolver los problemas antes mencionados. Los objetivos de la invención se consiguen mediante un método y un sistema de control que están caracterizados por lo indicado en las reivindicaciones independientes. Las realizaciones preferidas de la invención se divulgan en las reivindicaciones dependientes.
La invención se basa en la idea de hacer funcionar el convertidor de potencia eólico en prioridad de potencia reactiva y, además, formando una referencia de potencia reactiva interna que responda a la referencia de potencia reactiva proporcionada externamente y una señal de capacidad indicativa de la señal de referencia de corriente ilimitada.
Una ventaja del método y del aparato de la invención es que el funcionamiento en redes débiles no se ve obstaculizado por un hundimiento de la tensión. Además, como el aparato evita la restricción de la potencia activa, se obtiene una mayor eficiencia en el funcionamiento del sistema.
Breve descripción de los dibujos
A continuación, la invención se describirá con mayor detalle por medio de realizaciones preferidas con referencia a los dibujos adjuntos, en los que
la Figura 1 muestra un ejemplo de convertidor de potencia eólico; y
la Figura 2 muestra una estructura de control general según una realización de la presente invención.
La Figura 3 muestra los detalles de la estructura de control de la invención según una realización de la presente invención.
Descripción detallada de la invención
La Figura 1 muestra un sistema de convertidores de potencia eólicos conocido. El sistema de convertidores de potencia comprende un convertidor GSC del lado de la red, un convertidor MSC del lado de la máquina y un circuito intermedio de CC que conecta los convertidores. En el ejemplo de la Figura 1, el sistema de convertidores de potencia es un sistema de convertidores de plena potencia en el que la potencia eléctrica total generada por el generador G se alimenta a través de los convertidores. Tanto el GSC como el MSC se hacen funcionar como Convertidores de Fuente de Tensión (VSC, por sus siglas en inglés).
El sistema de convertidores de potencia eólicos recibe una referencia Pref de potencia y una referencia Uref1 de tensión de un controlador WTC de turbina eólica, que es un controlador de nivel superior dentro de la turbina. El convertidor MSC del lado de la máquina recibe la referencia Pref de potencia y controla el par del generador en consecuencia para obtener la potencia deseada.
El convertidor del lado de la red recibe una referencia Uref1 de tensión de CA generada externamente, una tensión Umed de red de CA medida y controla el convertidor del lado de la red con un controlador 13 de tensión de CA en consecuencia y produce una referencia Ir_ref de corriente reactiva. El convertidor del lado de la red también controla la tensión del circuito intermedio de CC con el controlador 14 de circuito intermedio de CC con respecto a un valor Udc_ref de referencia utilizando la tensión Udc de circuito intermedio de CC medida, y produce una referencia Ia_ref de corriente activa que se alimenta al bloque 11 de limitación. La referencia de corriente reactiva y la referencia de corriente activa se alimentan a un limitador 11, que limita las referencias de corriente de tal manera que no se exceda el límite Ilim de corriente del convertidor. En los sistemas de control conocidos se da prioridad a la referencia de corriente activa y, por tanto, la referencia de corriente reactiva puede estar limitada. Las referencias limitadas Ir_ref_lim, Ia_ref_lim de corriente se dan a los controladores de corriente que generan una señal de control para hacer que el convertidor del lado de la red produzca las corrientes solicitadas. Por tanto, el convertidor del lado de la red funciona basándose en dicha señal de control de modo que la tensión de circuito intermedio de CC y la tensión de red de CA sean llevadas a sus referencias.
En la presente invención, la estructura del controlador anterior se modifica como se muestra en la Figura 2. Más específicamente, según la presente invención, el limitador de corriente total está adaptado para funcionar en prioridad de corriente reactiva limitando la corriente activa cuando la corriente total compuesta de la referencia de corriente reactiva y la referencia de corriente activa exceda un límite establecido.
Cuando funciona en prioridad de corriente reactiva, el limitador de corriente total calcula el valor ilimitado de las
rencias de corriente como Jla ref2 Ir _ ref2
refe . Este valor se mantiene por debajo del valor límite Ilim limitando el valor de la referencia Ia_ref de corriente activa al valor Ia_ref_lim. En caso de que la referencia Uref de tensión de red aumente desde el valor actual medido Umed, el controlador de tensión de CA aumenta su salida, que es la referencia de la corriente reactiva. Si el valor ilimitado de la referencia de corriente aumenta por encima del límite, el valor de la referencia de corriente activa se limita de manera que no se exceda el límite de corriente. El limitador de corriente de la realización limita preferiblemente sólo la referencia de corriente activa y, por tanto, la referencia de corriente reactiva no está limitada. Así, la referencia de corriente reactiva limitada corresponde preferiblemente a la referencia de corriente reactiva que se alimenta al bloque limitador.
En el concepto general de la invención, el controlador de tensión de CA presentado anteriormente es un controlador de potencia reactiva, ya que el controlador de tensión de CA produce una referencia para la corriente reactiva. Por tanto, en la descripción anterior de la estructura conocida, la referencia de tensión del lado de la red es una referencia de potencia reactiva. La invención se describe a continuación en relación con una realización en la que un controlador de tensión de CA que recibe una referencia de tensión de CA se usa como referencia de potencia reactiva.
Según la invención, el sistema de control comprende medios adaptados para producir una señal CS de capacidad que indica la capacidad de corriente del sistema de conversión de potencia, y la señal de capacidad tiene un valor límite.
La Figura 2 muestra una realización de la estructura del controlador de la invención. Más específicamente, la Figura 2 muestra las modificaciones de la estructura del controlador de la Figura 1. Según la realización, la estructura del controlador comprende un rastreador 22 de referencia de potencia reactiva mínima que está adaptado para recibir la referencia Uref1 de potencia reactiva proporcionada externamente, la señal CS de capacidad y el valor límite CS_L establecido para la señal de capacidad. El rastreador de referencia de potencia reactiva mínima está además adaptado para generar una referencia Uref2 de potencia reactiva generada internamente que está adaptada para ser alimentada al controlador 23 adaptado para controlar la potencia reactiva.
En la realización de la Figura 2, las entradas al rastreador 22 (MinUrefT) de referencia de potencia reactiva son la referencia Uref1 de tensión dada por el controlador de la turbina eólica y una señal CS de capacidad junto con el valor límite CS_L establecido para la señal de capacidad. En la realización preferida, la señal de capacidad es la
J l a r e f 2 Ir_ref2
señal de referencia de corriente ilimitada que es proporcionada por el bloque 21 limitador de corriente.
El bloque MinUrefT de la Figura 2 recibe el valor límite establecido para la señal de capacidad como una señal proporcionada. Sin embargo, el valor límite también puede ser un valor contenido en el propio bloque MinUrefT. Cuando el valor límite establecido para la señal de capacidad se proporciona fuera del bloque, el valor se puede ajustar.
La salida del bloque MinUrefT 22 es una señal Uref2 de referencia de tensión generada internamente. En la
realización pre ,feri .d ,a, , la señ .al , ^ CS d ,e capaci .d ,ad , es , la señ _al , d ,e re ,ferenci .a d ,e corri .e..n..t.e... il.i.m...it.a..d \a/la v re -f2+Ir re -f2 y el máximo continuo o el valor límite CS_L establecido para la señal de capacidad para esa señal es el límite Ilim de corriente total del convertidor.
En una realización preferida, la señal de capacidad es la corriente total de la referencia de corriente reactiva y la referencia de corriente activa, y el valor límite establecido para la señal de capacidad es el límite de corriente del convertidor del lado de la red.
En la Figura 3 se muestra con más detalle la funcionalidad del bloque MinUrefT. El controlador utilizado en el bloque MinUrefT es un controlador integral para el cual la señal de referencia es el valor límite CS_L establecido para la señal de capacidad y la señal real es la señal de capacidad. El controlador puede tener diferentes constantes K_arriba, K_abajo de tiempo de integración para aumentar y disminuir la señal Uref2 de salida a tasas apropiadas. En la realización preferida, la constante de tiempo para aumentar Uref2 en caso de que la señal de capacidad exceda su valor límite establecido puede ser más corta que para disminuir Uref2.
Se introduce un limitador para el integrador 31 y el limitador 32 de salida que fuerza a la salida Uref2 del controlador y al integrador del controlador a permanecer en Uref1 o por encima. El límite superior Uref2_límite_superior evita que Uref2 se eleve por encima de la banda de funcionamiento de tensión continua del convertidor y puede establecerse en una realización en 1,1 pu de tensión nominal.
El funcionamiento del bloque MinUrefT es el siguiente. Una vez que la señal de capacidad, que en la realización preferida es la referencia de corriente ilimitada del convertidor, está por encima del valor límite establecido CS_L, que en la realización preferida es el valor máximo de corriente continua del convertidor, el bloque aumentará Uref2 de modo que la referencia de corriente ilimitada del convertidor permanecerá por debajo del valor máximo Ilim de corriente continua del convertidor o en el mismo y, por lo tanto, no se realiza ninguna reducción de corriente activa.
La señal SC de capacidad usada en la invención es una señal que puede usarse para indicar la capacidad de corriente del convertidor. Como se mencionó anteriormente y se describió en detalle anteriormente, la señal de capacidad es preferiblemente la referencia de corriente ilimitada del convertidor. La señal de capacidad también puede ser una señal que indique la temperatura del convertidor, la señal I2t relativa a la corriente de sobrecarga temporal del convertidor, la corriente estimada del convertidor, la corriente medida o la referencia de corriente. Si una señal de capacidad excede su valor límite, la presente invención reduce las corrientes influyendo en la referencia de potencia reactiva de la manera descrita anteriormente.
En una realización que utiliza la señal I2t, la señal de capacidad se genera a partir de un valor de integral I2t mantenido por un controlador de sobrecarga de corriente a corto plazo, suministrando dicho controlador de sobrecarga de corriente a corto plazo un límite de corriente del convertidor apropiado al limitador de corriente total en respuesta a una comparación del valor de integral I2t con un valor límite establecido. En esta realización, el bloque MinUrefT puede comparar la señal de capacidad recibida, obtenida a partir del valor de integral I2t, con un valor predeterminado correspondiente a la corriente de sobrecarga marginal a corto plazo.
Según una realización de la invención, la señal de capacidad se obtiene a partir de la cantidad en que se limita la referencia de corriente activa, y el valor límite establecido para la señal de capacidad es cero. En la realización, la señal de capacidad indica la cantidad de reducción de corriente activa. Considerando la Figura 3, la señal de error alimentada al controlador es CS - CS_L, que es la cantidad de corriente activa recortada cuando el valor límite establecido para la señal de capacidad es cero. El controlador de la Figura 3 aumenta el valor de la referencia Uref2 de tensión generada internamente hasta que la corriente activa ya no se recorte y, por lo tanto, la señal de capacidad sea cero.
En la realización de la Figura 2 se muestra que la referencia Ia_ref de corriente activa se obtiene de un controlador de circuito intermedio de CC. Sin embargo, la referencia de corriente activa también se puede obtener de otras fuentes. En una realización, el convertidor del lado de la máquina puede controlar la tensión del circuito intermedio de CC y el GSC puede recibir la referencia Pref de potencia activa. En una realización de este tipo, la referencia de corriente activa se obtiene de dividir la referencia Pref de potencia activa por una medición de tensión de CA filtrada apropiadamente. En la invención, el convertidor comprende la referencia de corriente activa, y la referencia de corriente mencionada puede obtenerse de múltiples fuentes. La referencia de corriente activa se recibe preferiblemente en el bloque 21 limitador de corriente.
Además, la referencia Uref2 de tensión generada internamente se puede establecer igual a la referencia de tensión proporcionada externamente en caso de que la referencia de tensión proporcionada externamente sea mayor que la referencia de tensión generada internamente.
Además, el valor real de la potencia activa inyectada a la red después de la limitación y la referencia de tensión generada internamente se pueden señalizar de vuelta al controlador de la turbina eólica. El controlador de la turbina eólica puede actuar para iniciar una restricción de la referencia Pref de potencia activa para reducir la referencia de tensión generada internamente a la referencia de tensión proporcionada externamente o para aumentar la referencia de tensión proporcionada externamente para que corresponda a la referencia de tensión generada internamente. La dinámica en el bloque MinUrefT se obtiene por el hecho de que el controlador 13 de tensión de red de CA proporciona la referencia de corriente reactiva. Una vez que se ha aumentado la referencia de tensión generada internamente y se ha alimentado la misma al controlador de tensión de red de CA, se aumenta la referencia Ir_ref de corriente reactiva. A medida que se aumenta la referencia de corriente reactiva, se aumenta la tensión del convertidor y se reduce la necesidad de corriente activa para producir la potencia de referencia. El limitador de corriente total permite que la corriente activa esté en su referencia Ia_ref, ya que la necesidad de corriente activa se reduce más rápido que la corriente reactiva para aumentar la tensión del convertidor. La referencia Uref2 de tensión generada internamente se aumenta hasta que el limitador de corriente total no limite las referencias de corriente. Durante el funcionamiento del convertidor, el bloque MinUrefT mantiene su referencia Uref2 de tensión de CA y la actualiza regularmente. Cuando se hace funcionar según la invención y se minimiza la reducción de la referencia de corriente activa, se evita la restricción de la potencia activa y se sigue la referencia de potencia. Además, cuando la referencia de tensión generada internamente se aumenta justo por encima del valor mínimo requerido para evitar la reducción de la corriente, la capacidad de potencia reactiva se optimiza en relación con la referencia Uref1 de tensión de CA proporcionada externamente sin involucrar al controlador de la turbina eólica.
Como se mencionó anteriormente, la referencia Uref1 de tensión proporcionada externamente es un ejemplo de una referencia Qref1 de potencia reactiva proporcionada externamente. Otro ejemplo de referencia de potencia reactiva es una referencia PFref1 de factor de potencia. Aunque en lo anterior se hace referencia a una realización con referencias Uref1, Uref2 de tensión y un controlador de tensión, el funcionamiento es análogo en relación con la referencia Qref1 de potencia reactiva proporcionada externamente o con la referencia PFref1 de factor de potencia proporcionada externamente. Por ejemplo, en relación con una referencia Qref1 de potencia reactiva proporcionada externamente, el limitador 21 de corriente total proporciona una señal de capacidad al bloque MinUrefT según la cual se proporcionará una referencia Qref2 de potencia reactiva generada internamente. En tal realización, el bloque 23 obtendrá la referencia ir_ref de corriente reactiva de dividir la referencia Qref2 de potencia reactiva generada internamente recibida de (22) por una medición de tensión de CA filtrada apropiadamente.
Por ejemplo, en relación con una referencia PFref1 de factor de potencia proporcionada externamente, el limitador de corriente proporciona una señal de capacidad según la cual se genera una referencia PFref2 de factor de potencia generada internamente. La referencia PFref2 de factor de potencia generada se alimenta al controlador de factor de potencia.
La referencia de potencia reactiva proporcionada externamente también puede adoptar múltiples formatos. La referencia de potencia reactiva puede ser un valor absoluto de la potencia reactiva, un porcentaje de potencia reactiva con respecto a un valor nominal o un valor de compensación relativo al valor nominal, por ejemplo. Estos formatos son aplicables a diversas presentaciones de referencia (PFref1, Qref1, Uref1) de potencia reactiva.
En lo anterior, la invención y sus realizaciones se han descrito en relación con un sistema de convertidores de plena potencia. El sistema de convertidores comprende un convertidor del lado de la red y un convertidor del lado de la máquina y un circuito intermedio de CC que conecta los dos convertidores. En lo anterior, se describe que el control de la tensión del circuito intermedio de CC lo realiza el convertidor del lado de la red y el MSC recibe una referencia Pref de potencia activa para controlar la alimentación de potencia del generador. Sin embargo, el convertidor del lado de la máquina puede llevar a cabo como alternativa el control de la tensión del circuito intermedio de CC ordenando una alimentación de potencia del generador adecuada en CC y el convertidor del lado de la red puede controlar la potencia activa que se inyecta a la red basándose en la recepción de la señal Pref. Será obvio para un experto en la técnica que la referencia de corriente reactiva del convertidor y la referencia de corriente activa pueden formarse sin un controlador de circuito intermedio de CC o un controlador de tensión de CA. La invención presentada es aplicable a la técnica anterior donde la referencia de corriente activa y la referencia de corriente reactiva se formen por otros medios a partir de las referencias de potencia reactiva y potencia activa, por ejemplo, control directo de potencia.
La invención también es aplicable en relación con sistemas de generador de inducción doblemente alimentado (DFIG, por sus siglas en inglés). En tales sistemas, el rotor del generador está conectado con un sistema de convertidor a la red y el estator también está conectado a la red de manera conocida. En los sistemas DFIG, los convertidores GSC, MSC no tienen que estar dimensionados para la plena potencia del generador. En los sistemas de convertidor DFIG, la potencia reactiva es controlada por el convertidor del lado de la máquina por medio de una corriente de excitación apropiada alimentada al rotor DFIG. La potencia activa es controlada por el MSC mediante una conversión de la referencia Pref de potencia activa recibida en referencias de corriente activa del rotor apropiadas que controlan el par de la máquina DFIG. Los principios de control de la presente invención y sus realizaciones son directamente aplicables a los controladores de potencia reactiva que residen en el MSC que controla un sistema DFIG.
La invención también se puede aplicar en relación con un sistema solar conectado a la red. En tal sistema, un sistema de panel fotovoltaico produce una tensión de CC. La tensión de CC producida se regula a un valor deseado en un circuito intermedio de CC, y se conecta un convertidor del lado de la red al circuito intermedio de CC como en el caso descrito anteriormente en detalle.
La invención también se puede aplicar directamente en relación con un sistema de convertidor HVDC. En tal sistema, un terminal HVDC, el extremo emisor, absorberá energía de la red de CA y la convertirá en corrientes CC alimentadas al circuito intermedio de transmisión de CC. La estación convertidora de HVDC receptora regulará la tensión del sistema de transmisión de CC a un límite de referencia establecido inyectando una cantidad adecuada de corrientes activas a su conexión de red de CA. Además, las estaciones HVDC receptoras pueden realizar un control de tensión de CA de la misma manera que se ha descrito anteriormente en detalle para un convertidor del lado de la red de una turbina eólica.
Múltiples unidades de convertidor de frecuencia comprenden una sección de entrada activa. En un accionamiento por motor, la potencia generalmente se toma de la red, se rectifica y se invierte posteriormente para producir tensión alterna en un motor. Si el rectificador está equipado con conmutadores semiconductores controlables, el rectificador es una sección de entrada activa y puede transmitir energía en ambas direcciones. El motor actúa como generador cuando la rotación del motor se frena activamente. En caso de que la energía pueda retroalimentarse a la red a través de la sección de entrada activa, la presente invención se puede aplicar en el convertidor de frecuencia.
La presente invención también se refiere a un método para hacer funcionar un convertidor que comprende un circuito intermedio de CC para recibir energía en el convertidor. En el método, se recibe una referencia de potencia reactiva externa en el convertidor. El método comprende además controlar la potencia reactiva alimentada a la red de CA y producir una referencia Ir_ref de corriente reactiva y controlar la tensión del circuito intermedio de CC y producir una referencia Ia_ref de corriente activa. Además, en el método, la referencia de corriente activa se limita con un limitador de corriente total si la corriente total compuesta de la referencia de corriente reactiva y la referencia de corriente activa excede un límite establecido.
Además, en el método, se genera una referencia de potencia reactiva generada internamente sobre la base de la referencia de potencia reactiva proporcionada externamente y la señal del limitador de corriente total, y la referencia de potencia reactiva generada internamente se establece en un valor con el que la referencia de corriente activa no está limitada.
El bloque MinUrefT se puede implementar, por ejemplo, con el software del convertidor. Los controladores utilizados en relación con la invención se implementan convencionalmente y su estructura y forma no se describen con más detalle. Además, el circuito principal real del convertidor y el sistema de convertidor de potencia eólico no se describen en detalle. El convertidor puede, por ejemplo, ser un convertidor modulado por anchura de impulso.
Será obvio para una persona experta en la técnica que el concepto de la invención se puede implementar de diversas formas. La invención y sus realizaciones no están limitadas a los ejemplos descritos anteriormente, sino que pueden variar dentro del alcance de las reivindicaciones.

Claims (14)

REIVINDICACIONES
1. Un sistema de control adaptado para controlar un sistema de conversión de potencia conectado a una red eléctrica de CA, estando dicho sistema de control adaptado para recibir una referencia de potencia reactiva proporcionada externamente y comprendiendo el sistema de control
un controlador (23) adaptado para controlar la potencia reactiva alimentada a la red de CA por dicho sistema de conversión de potencia y para producir una referencia (Ir_ref) de corriente reactiva,
una referencia (Ia_ref) de corriente activa,
un limitador (21) de corriente total para producir referencias limitadas (I a_ref_l i m, Ir_ref_lim) de corriente activa y reactiva,
estando el limitador (21) de corriente total adaptado para funcionar en prioridad de corriente reactiva limitando la referencia de corriente activa cuando la corriente total compuesta de la referencia de corriente reactiva y la referencia de corriente activa excede un límite establecido y
medios adaptados para producir una señal (CS) de capacidad que indica la capacidad de corriente del sistema de conversión de potencia, teniendo la señal de capacidad un valor límite (CS_L),
comprendiendo el sistema de control además un rastreador de referencia de potencia reactiva mínima adaptado para recibir la referencia de potencia reactiva proporcionada externamente y la señal de capacidad, y adaptado además para generar una referencia (Uref2) de potencia reactiva generada internamente basada en la referencia de potencia reactiva proporcionada externamente, la señal de capacidad y el valor límite establecido para la señal de capacidad, referencia (Uref2) de potencia reactiva generada internamente que está adaptada para ser alimentada al controlador adaptado para controlar la potencia reactiva alimentada por el sistema de conversión de potencia a la red de CA,
estando el rastreador de referencia de potencia reactiva mínima adaptado para regular la referencia (Uref2) de potencia reactiva generada internamente a un valor con el que la referencia de corriente activa no está limitada.
2. Un sistema de control según la reivindicación 1, en donde la señal de capacidad es la corriente total compuesta de la referencia de corriente reactiva y la referencia de corriente activa y el valor límite (CS_L) establecido para la señal de capacidad es la capacidad de corriente del convertidor.
3. Un sistema de control según la reivindicación 1, en donde la señal de capacidad se obtiene a partir de la cantidad en la que se limita la referencia de corriente activa, y el valor límite establecido para la señal de capacidad es cero.
4. Un sistema de control según la reivindicación 2 o 3, en donde la señal (CS) de capacidad se obtiene del limitador (21) de corriente total.
5. Un sistema de control según la reivindicación 1, en donde la señal de capacidad se compone de un valor de integral I2t mantenido por un controlador de sobrecarga de corriente a corto plazo, proporcionando dicho controlador de sobrecarga de corriente a corto plazo un límite de corriente del convertidor al limitador de corriente total.
6. Un sistema de control según la reivindicación 1, en donde la señal de capacidad es una señal que indica la temperatura del convertidor, la corriente estimada del convertidor, la corriente medida del convertidor o la referencia de corriente del convertidor, y el valor límite establecido para la señal de capacidad es tal que previene sobrecorrientes del convertidor.
7. Un sistema de control según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 anteriores, en donde la referencia de potencia reactiva proporcionada externamente se implementa como referencia (Uref1) de tensión de CA y el controlador adaptado para controlar la potencia reactiva se implementa como un controlador de tensión de CA adaptado para controlar la tensión de CA del lado de la red.
8. Un sistema de control según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 anteriores, en donde el rastreador (22) de referencia de potencia reactiva mínima está adaptado para aumentar el valor de la referencia (Uref2) de potencia reactiva generada internamente a partir del valor de la referencia (Uref1) de potencia reactiva proporcionada externamente cuando la señal de capacidad excede su límite establecido.
9. Un sistema de control según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 anteriores, en donde el rastreador (22) de referencia de potencia reactiva mínima está adaptado para establecer el valor de la referencia (Uref2) de potencia reactiva generada internamente igual a la referencia de potencia reactiva proporcionada externamente si la referencia de potencia reactiva proporcionada externamente es mayor que la referencia de potencia reactiva generada internamente.
10. Un sistema de control según una cualquiera de las reivindicaciones 1 - 9 anteriores, en donde el rastreador de referencia de potencia reactiva mínima está adaptado para aumentar el valor de referencia (Uref2) de potencia reactiva generada internamente en respuesta a la cantidad de la señal de capacidad que excede su límite establecido.
11. Un sistema de control según una cualquiera de las reivindicaciones 1 - 10 anteriores, en donde el rastreador de referencia de potencia reactiva mínima está adaptado para componer una señal de error a partir de la señal de capacidad y su valor límite y además está adaptado para alimentar dicha señal de error a un controlador adaptado para generar la referencia (Uref2) de potencia reactiva generada internamente.
12. Un sistema de convertidor que comprende un sistema de control según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11 anteriores, comprendiendo el sistema de convertidor un controlador de nivel superior y transmitiéndose la referencia de potencia reactiva generada internamente al controlador de nivel superior que proporciona la referencia de potencia reactiva proporcionada externamente.
13. Un sistema de convertidor según la reivindicación 12, en donde el controlador de nivel superior está adaptado para modificar la referencia de potencia dada al sistema de convertidor hasta que la referencia de potencia reactiva proporcionada externamente sea igual a la referencia de potencia reactiva generada internamente.
14. Método para hacer funcionar un convertidor que comprende un circuito intermedio de CC para recibir energía en el convertidor, comprendiendo el método
recibir una referencia de potencia reactiva externa en el convertidor,
controlar la potencia reactiva alimentada a la red de CA y producir una referencia de corriente reactiva, obtener una referencia de corriente activa,
limitar la referencia (Ia_ref) de corriente activa cuando la corriente total compuesta de la referencia de corriente reactiva y la referencia de corriente activa exceda un límite establecido,
producir una señal que indique la capacidad del convertidor,
generar una referencia de potencia reactiva generada internamente basada en la referencia de potencia reactiva proporcionada externamente, dicha señal de capacidad, y
ajustar la referencia de potencia reactiva generada internamente a un valor con el que la referencia de corriente activa no está limitada.
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