ES2873361T3 - Procedimiento para la preparación operativa de un acumulador de energía de emergencia - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la preparación operativa de un acumulador de energía de emergencia con al menos un elemento de acumulación de energía, en el que el acumulador de energía de emergencia está configurado para proporcionar energía eléctrica de emergencia para al menos un consumidor de energía, en el que se determina la energía EL extraíble del acumulador de energía de emergencia y/o la potencia pico Pmáx extraíble del acumulador de energía de emergencia y se constata la disponibilidad operativa tan pronto como la energía EL extraíble del acumulador de energía de emergencia ha alcanzado un valor de energía mínimo definible y/o la potencia pico Pmáx extraíble del acumulador de energía de emergencia ha alcanzado un valor de potencia mínimo definible, caracterizado por que la energía EL extraíble del acumulador de energía de emergencia y/o la potencia pico Pmáx extraíble del acumulador de energía de emergencia se determina midiendo un proceso de descarga o a través de un proceso de carga, y por que si la determinación tuvo como resultado que la energía EL extraíble del acumulador de energía de emergencia no ha alcanzado un valor de energía mínimo definible y/o la potencia pico Pmáx extraíble del acumulador de energía de emergencia no ha alcanzado un valor de potencia mínima definible, el acumulador de energía de emergencia se descarga en primer lugar a través de un dispositivo de descarga para utilizar el calor producido en su resistencia interna Ri durante la descarga del acumulador de energía de emergencia para calentar el acumulador de energía de emergencia, independientemente de si el acumulador de energía de emergencia presenta una temperatura demasiado baja o no.
Description
DESCRIPCIÓN
Procedimiento para la preparación operativa de un acumulador de energía de emergencia
[0001] La invención se refiere a un procedimiento para la preparación operativa de un acumulador de energía de emergencia con al menos un elemento de acumulación de energía, en el que el acumulador de energía de emergencia está configurado para proporcionar energía eléctrica de emergencia para al menos un consumidor de energía, en el que se determina la energía El extraíble del acumulador de energía de emergencia y/o la potencia pico Pmáx extraíble del acumulador de energía de emergencia y se constata la disponibilidad operativa tan pronto como la energía El extraíble del acumulador de energía de emergencia ha alcanzado un valor de energía mínimo definible y/o la potencia pico Pmáx extraíble del acumulador de energía de emergencia ha alcanzado un valor de potencia mínimo definible.
[0002] Además, la invención se refiere a un procedimiento para preparación operativa de un sistema de pitch para una instalación de eólica, en el que el sistema de pitch presenta al menos un acumulador de energía de emergencia con al menos un elemento de acumulación de energía. La invención se refiere además a un producto de programa informático con instrucciones de programa para ejecutar el procedimiento según la invención. Además, la invención se refiere a un sistema de pitch para una instalación de energía eólica, en el que el sistema de pitch presenta al menos un acumulador de energía de emergencia con al menos un elemento de acumulación de energía. La invención se refiere además a una instalación de energía eólica con un sistema de pitch de este tipo.
[0003] Los acumuladores de energía de emergencia para suministrar energía eléctrica a los consumidores encuentran aplicación en muchos sectores. En general, los consumidores de energía a suministrar con energía de emergencia son relevantes para la seguridad. Ejemplos de tales consumidores de energía relevantes para la seguridad son en particular motores en ascensores para personas o el sistema de pitch en una instalación de energía eólica.
[0004] Si falla la red externa, como puede suceder, por ejemplo, en caso de incendio en un edificio, es necesario que los ascensores para personas sin la energía proporcionada por la red externa sean capaces conducir al siguiente piso y abrir las puertas, para que las personas situadas en el ascensor se pueden poner a salvo.
[0005] Las modernas instalaciones de energía eólica están equipadas en general con sistemas de pitch eléctricos que presentan al menos un motor eléctrico, denominado motor de pitch, para cada pala de rotor. Mediante la rotación de las palas de rotor alrededor de su respectivo eje longitudinal, los sistemas de pitch de este tipo regulan la posición de las palas de rotor con respecto al viento y con frecuencia son la única posibilidad segura de detener el rotor de una instalación de energía eólica. Esto sucede porque el sistema de pitch gira las palas de rotor a la denominada posición de bandera y el rotor se detiene debido a la falta de accionamiento del viento. El suministro de energía del sistema de pitch se realiza habitualmente a través de la red, a la que la instalación de energía eólica también alimenta la corriente generada. En caso de un fallo de red se puede producir una situación peligrosa, por ejemplo, porque la velocidad de rotación del rotor de la instalación de energía eólica excede un valor máximo permitido cuando aumenta el viento y la instalación de energía eólica o las personas situadas en las inmediaciones podrían resultar dañadas debido a ello.
[0006] Para poder evitar una situación peligrosa de este tipo incluso en el caso de un fallo de red, también se tiene que poder girar las palas de rotor a la posición de bandera sin el suministro de energía del sistema de pitch a través de la red externa. Para ello, por el estado de la técnica se conoce equipar el sistema de pitch con uno o varios acumuladores de energía de emergencia, que en caso de fallo de red garantizan el suministro de energía del sistema de pitch y, por tanto, la usabilidad del sistema de pitch, al menos hasta que las palas de rotor se hayan llevado a la posición de bandera segura.
[0007] Para poder llevar a cabo las medidas descritas durante una situación de emergencia sin suministro de energía a través de la red, el consumidor de energía debe poder extraer una cantidad de energía mínima y/o una potencia mínima del acumulador de energía de emergencia.
[0008] Al extraer energía de un acumulador de energía de emergencia siempre se producen pérdidas Ev, que se atribuyen esencialmente a la resistencia interna Ri del acumulador de energía de emergencia. En consecuencia la energía almacenada Ec en el acumulador de energía de emergencia es igual a la suma de las pérdidas Ev y la energía extraíble El :
ec=ev el
[0009] Es decir, que la energía extraíble El es la energía que se puede poner efectivamente a disposición del consumidor de energía después de deducir las pérdidas inevitables Ev.
[0010] La energía extraíble El depende de la curva de corriente de carga adoptada I(t) durante una situación de emergencia, donde la curva de corriente de carga I(t) indica la corriente que extrae el consumidor de energía del acumulador de energía de emergencia en una situación de emergencia. Por consiguiente, la energía extraíble El se puede indicar aproximadamente como la diferencia entre la energía almacenada Ec y la integral de tiempo del producto de la resistencia interna Ri y el cuadrado de la curva de corriente de carga I(t) :
El =Ec - E v * E c -\¡lR.I2{t)dt
•Lo
[0011] Los límites de la integral son de nuevo el momento de inicio to a partir del cual el consumidor de energía extrae energía del acumulador de energía de emergencia en una situación de emergencia y el momento final ti a partir del cual el consumidor de energía ya no extrae energía del acumulador de energía de emergencia. La aproximación para este cálculo consiste en que se desprecian otras pérdidas de las que se producen en la resistencia interna Ri del acumulador de energía de emergencia.
[0012] Por consiguiente, para determinar la energía extraíble El, solo son necesarias la energía almacenada en el acumulador de energía de emergencia, la resistencia interna Ri y la curva de corriente de carga adoptada I(t). La determinación de la energía extraíble E l del acumulador de energía de emergencia y de la resistencia interna R¡ del acumulador de energía de emergencia se puede realizar de diferentes formas. Un método consiste en cargar brevemente el acumulador de energía de emergencia durante un cierto período de tiempo y medir la diferencia de tensión antes y después de una carga breve y la medición de la corriente de carga. A partir de esto, de nuevo se puede calcular la energía El extraíble del acumulador de energía de emergencia y la resistencia interna Ri del acumulador de energía de emergencia. La ventaja de la medición de la energía extraíble a través de un proceso de carga tiene la ventaja respecto a una medición de la energía extraíble a través de un proceso de descarga de que, con el mismo esfuerzo, el método de la medición a través del proceso de carga aumenta la capacidad del acumulador de energía de emergencia en lugar de reducirla.
[0013] La potencia extraíble desde el acumulador de energía de emergencia es una función de la resistencia interna R¡. La potencia extraíble es la mayor cuando la resistencia de carga Rl corresponde a la resistencia interna Ri. De este modo se define la potencia pico Pmáx extraíble del acumulador de energía de emergencia. La potencia pico extraíble Pmáx es proporcional al valor inverso de la resistencia interna R.
m“ R .
[0014] En particular, las instalaciones de energía eólicas y los acumuladores de energía de emergencia utilizados en ellas pueden estar expuestos a temperaturas extremas. Las temperaturas especialmente bajas dan lugar a problemas dentro de las instalaciones de energía eólicas. Ejemplos de esto son la formación de escarcha o agua de condensación, que es naturalmente problemática en los equipos eléctricos. Los equipos eléctricos se pueden menoscabar no solo indirectamente por las bajas temperaturas, como por ejemplo a través del agua de condensación, sino también directamente. En particular, el calentamiento habitual en los componentes electrónicos de potencia puede provocar fuertes diferencias de temperatura dentro de los dispositivos electrónicos, por lo que se provocan tensiones mecánicas que pueden dañar los puntos de soldadura, por ejemplo.
[0015] Los elementos de acumulación de energía en los acumuladores de energía de emergencia también están influenciados esencialmente por las bajas temperaturas. La mayoría de los elementos de acumulación de energía utilizados hoy en día muestran un fuerte aumento de la resistencia interna R¡ al disminuir la temperatura. Dado que una resistencia interna más alta Ri significa mayores pérdidas Ev, por consiguiente, una energía El extraíble de un acumulador de energía a baja temperatura es claramente menor que la energía extraíble El a mayor temperatura. Lo mismo es válido para la potencia pico Pmáx extraíble del acumulador de energía de emergencia.
[0016] Para garantizar suficiente energía El extraíble de un acumulador de energía, en el estado de la técnica el aire de los armarios de distribución, en los que se sitúan los acumuladores de energía de emergencia, se calienta mediante aerotermos antes de que entre en funcionamiento una instalación de energía eólica fría. Tan pronto como el aire ha alcanzado una temperatura preajustada, por ejemplo 5 °C, un interruptor térmico emite una señal que señaliza la disponibilidad operativa del acumulador de energía de emergencia. Este proceso de calentamiento es relativamente lento y, por consiguiente, retrasa considerablemente la puesta en servicio de una instalación de energía eólica. Además, existe cierta inseguridad acerca de la energía realmente extraíble El, ya que la temperatura del aire no permite necesariamente una declaración fiable sobre la temperatura, en particular la temperatura del núcleo, de los elementos de acumulación de energía. Por lo tanto, a menudo se trabaja con márgenes de seguridad. Por ejemplo, la señal que señaliza la disponibilidad operativa solo se emite cuando la temperatura del aire en el armario de distribución es de 10 °C en lugar de 5 °C. Sin embargo, alcanzar una temperatura de 10 °C en el armario de distribución todavía no garantiza que el acumulador de energía de emergencia también haya adoptado esta temperatura, o al menos una temperatura a la que funcione de manera fiable, o haya alcanzado la energía mínima requerida o una resistencia interna correspondientemente baja, ya que
el calentamiento del acumulador de energía de emergencia sigue naturalmente al calentamiento del armario de distribución con un retardo de tiempo. El hecho de contar con los márgenes de seguridad correspondientes retrasa aún más la puesta en funcionamiento de la instalación de energía eólica, lo que supone pérdidas para el operador de la instalación de energía eólica por su parada más prolongada. Habría que temer repercusiones más graves si la energía extraíble El se estimara demasiado alta en función de la temperatura del aire y se pusiera en funcionamiento la instalación de energía eólica, aunque la energía extraíble El no fuese suficiente para un accionamiento de emergencia de las palas de rotor a la posición de bandera. En este caso, si la red fallara, las palas de rotor se detendrían al menos parcialmente en el viento durante un accionamiento de emergencia, por lo que haría que la instalación de energía eólica alcanzase una velocidad excesiva en caso de viento fuerte y se podría destruir.
[0017] Por ejemplo, por el documento US 5,362,942 se conoce un sistema para calentar baterías para el suministro de corriente de emergencia de, por ejemplo, automóviles o aviones, en el que un sensor mide la temperatura de la batería. En función de la temperatura del sensor se conecta una carga, que aprovecha la resistencia interna de la batería para mantener la temperatura de la batería en un cierto nivel.
[0018] Por el documento EP 2578 876 A1 se conoce una instalación de energía eólica con un acumulador de energía de emergencia, en la que una unidad de accionamiento para ajustar el ángulo de ataque de la pala de rotor se abastece temporalmente exclusivamente con energía eléctrica del acumulador de energía de emergencia, incluso en el modo de funcionamiento normal, a fin de comprobar el estado de envejecimiento del acumulador de energía de emergencia. Observando el estado de carga y descarga se puede determinar más exactamente el estado de envejecimiento de un condensador de doble capa y, en particular, su resistencia interna del acumulador.
[0019] El documento EP 1908 622 A1 describe un vehículo con un condensador como suministro de corriente de emergencia. Tan pronto como se apaga el interruptor de encendido, el condensador se descarga para prolongar la vida útil del condensador, con lo que queda una pequeña tensión residual. Al volver a encender, en primer lugar se mide la tensión del condensador y luego se inicia el proceso de carga. Durante el proceso de carga se mide la resistencia interna del condensador para determinar si el condensador ya ha alcanzado su límite de envejecimiento. Para restaurar el suministro de corriente de emergencia, el condensador se carga completamente en primer lugar y luego, desde el estado de carga completa, si es necesario, puede comenzar la descarga del condensador para calentar el condensador.
[0020] El documento CA 2448 536 A1 determina el estado de los acumuladores de energía de emergencia a través de la resistencia interna de las celdas de la batería, que se cargan o descargan brevemente para ello. Para aumentar la capacidad de la batería, este sistema también presenta elementos calefactores separados para el suministro de energía de emergencia. que se abastecen con corriente por los propios acumuladores de energía de emergencia.
[0021] Por el documento US 2012/0153877 A1 se conoce un vehículo híbrido con batería recargable y un condensador, así como un convertidor de tensión para una conversión de tensión entre el acumulador y el condensador, en el que un sensor mide la temperatura de la batería. En función de la temperatura del sensor se conecta una carga, que aprovecha la resistencia interna de la batería para mantener la temperatura de la batería en un cierto nivel.
[0022] Por el documento EP 2578 876 A1 se conoce una instalación de energía eólica con un acumulador de energía de emergencia, en la que una unidad de accionamiento para ajustar el ángulo de ataque de la pala de rotor se abastece temporalmente exclusivamente con energía eléctrica del acumulador de energía de emergencia, incluso en el modo de funcionamiento normal, a fin de comprobar el estado de envejecimiento del acumulador de energía de emergencia. Observando el estado de carga y descarga se puede determinar más exactamente el estado de envejecimiento de un condensador de doble capa y, en particular, su resistencia interna del acumulador.
[0023] El documento EP 1908 622 A1 describe un vehículo con un condensador como suministro de corriente de emergencia. Tan pronto como se apaga el interruptor de encendido, el condensador se descarga para prolongar la vida útil del condensador, con lo que queda una pequeña tensión residual. Al volver a encender, en primer lugar se mide la tensión del condensador y luego se inicia el proceso de carga. Durante el proceso de carga se mide la resistencia interna del condensador para determinar si el condensador ya ha alcanzado su límite de envejecimiento. Para restaurar el suministro de corriente de emergencia, el condensador se carga completamente en primer lugar y luego, desde el estado de carga completa, si es necesario, puede comenzar la descarga del condensador para calentar el condensador.
[0024] El documento CA 2448 536 A1 determina el estado de los acumuladores de energía de emergencia a través de la resistencia interna de las celdas de la batería, que se cargan o descargan brevemente para ello. Para aumentar la capacidad de la batería, este sistema también presenta elementos calefactores separados para el suministro de energía de emergencia. que se abastecen con corriente por los propios acumuladores de energía de emergencia.
[0025] Por el documento US 2012/0153877 A1 se conoce un vehículo híbrido con batería recargable y un condensador, así como un convertidor de tensión para una conversión de tensión entre el acumulador y el condensador, en el que un sensor de temperatura de batería mide la temperatura de la batería. En particular, cuando la temperatura de la batería alcanza el punto de congelación, la temperatura de la batería aumenta mediante la carga alterna de la tensión entre la batería y el condensador.
[0026] Por el documento DE 102013218069 A1 se conoce un suministro de corriente de emergencia formado por una batería de litio para un consumidor, en el que un radiador forma una fuente de calor para la batería de litio. Un controlador de temperatura mide la temperatura de la superficie de la batería de litio. Antes de que la batería de litio se ponga en funcionamiento, un módulo de control principal registra la temperatura actual, la capacidad residual y el estado operativo del consumidor. Cuando la tensión de la batería es correcta y la temperatura de la batería es demasiado baja, el radiador se calienta con una pequeña corriente de la batería de litio. Después de que la temperatura interna de la batería de litio vuelve a ser correcta, se finaliza el calentamiento de la batería de litio y la batería de litio ahora se puede utilizar correctamente.
[0027] Por lo tanto, el objetivo de la invención es especificar un procedimiento para la preparación operativa de un acumulador de energía de emergencia, un procedimiento para la preparación operativa de un sistema de pitch para una instalación de energía eólica y un producto de programa informático, que también se puedan aplicar con una baja temperatura de partida del acumulador de energía de emergencia, así como un sistema de pitch y una instalación de energía eólica que también se estén listos para funcionar de forma rápida y segura con una baja temperatura de partida.
[0028] El objetivo derivado y mostrado anteriormente se logra partiendo del procedimiento descrito al inicio para la preparación operativa de un acumulador de energía de emergencia mediante las características de las reivindicaciones independientes 1, 13, 14 y 15.
[0029] La invención hace uso del efecto, por lo demás desventajoso, del aumento de la resistencia interna Ri a bajas temperaturas para calentar el acumulador de energía de emergencia desde el interior mediante una descarga del acumulador de energía de emergencia. La resistencia interna Ri se reduce por el calentamiento del acumulador de energía de emergencia. Dado que la resistencia interna Ri es responsable de una parte sustancial de las pérdidas Ev, estas se reducen igualmente con el calentamiento del acumulador de energía de emergencia. La potencia pico Pmáx extraíble del acumulador de energía de emergencia aumenta en consecuencia debido a la reducción en la resistencia interna R.
[0030] En lugar de esperar hasta que el acumulador de energía de emergencia se caliente mediante fuentes de calor externas, como un aerotermo, el acumulador de energía de emergencia se puede calentar exclusiva o también adicionalmente desde dentro. Alternativamente a la medición de temperatura se puede determinar la resistencia interna Ri del acumulador de energía de emergencia, y el calentamiento del acumulador de energía de emergencia puede depender de una caída por debajo de un valor límite predeterminado para la resistencia interna R del acumulador de energía de emergencia. En una configuración ventajosa de la invención está previsto que se mida al menos una magnitud física, que permite una declaración sobre la temperatura del núcleo de un elemento de acumulación de energía o de los varios elementos de acumulación de energía del acumulador de energía de emergencia, se calcule la temperatura del núcleo en base a la magnitud física o a las magnitudes físicas y se realice la descarga del acumulador de energía de emergencia al menos hasta que la temperatura del núcleo ha alcanzado un umbral de temperatura definible. Respecto al método conocido por el estado de la técnica de determinar la temperatura del aire, éste ofrece una posibilidad claramente más significativa en la determinación de la temperatura. En este caso, la disponibilidad operativa solo se considera como constatada cuando se alcanza el valor umbral de temperatura, es decir, solo entonces se puede realizar la puesta en funcionamiento del acumulador de energía de emergencia.
[0031] Alternativamente, para la preparación operativa, el acumulador de energía de emergencia siempre se puede descargar durante un período de tiempo fijo, en el que el período de tiempo se selecciona de tal manera que se garantice un calentamiento suficiente del acumulador de energía de emergencia. En este caso, el período de tiempo seleccionado depende de los datos característicos del acumulador de energía de emergencia.
[0032] Según otra configuración ventajosa de la invención está previsto que en el cálculo de la temperatura del núcleo se tengan en cuenta los efectos de envejecimiento del acumulador de energía de emergencia, que modifican la relación entre la magnitud física o las magnitudes físicas y la temperatura del núcleo. La relación entre la magnitud física o las magnitudes físicas y la temperatura del núcleo puede cambiar con el tiempo y/o con el número de ciclos de carga/descarga del acumulador de energía de emergencia. El tipo y el alcance de estos cambios se conocen a menudo y, por consiguiente, se pueden tener en cuenta al calcular la temperatura del núcleo, por lo que la precisión del cálculo se puede mantener incluso con acumuladores de energía de emergencia antiguos.
[0033] En una configuración especialmente ventajosa de la invención, está previsto que la magnitud física o las magnitudes físicas comprendan la capacidad C del acumulador de energía de emergencia y/o la resistencia interna
Ri del acumulador de energía de emergencia. Como ya se ha descrito, la resistencia interna Ri muestra una clara dependencia de la temperatura, por consiguiente, partiendo de la resistencia interna Ri se puede inferir la temperatura del acumulador de energía de emergencia o de los elementos de acumulación de energía. Además, la capacidad C también depende de la temperatura y se puede recurrir de manera análoga para la determinación de la temperatura del acumulador de energía de emergencia o de los elementos de acumulación de energía.
[0034] De manera especialmente preferida, la energía El extraíble del acumulador de energía de emergencia y/o la potencia pico Pmáx extraíble del acumulador de energía de emergencia se determina continuamente durante la descarga. De este modo se asegura que el acumulador de energía de emergencia solo se descargue en tanto que sea necesario. Según las circunstancias concretas, el acumulador de energía de emergencia ya se puede calentar mediante el proceso de descarga, en tanto que ya esté disponible suficiente energía residual / potencia residual para el funcionamiento de emergencia sin nueva recarga. Gracias a esta medida se asegura que el estado operativo se alcance en el menor tiempo posible. Alternativamente, la descarga del acumulador de energía de emergencia se puede realizar durante un período de tiempo predeterminado o hasta que se haya extraído una cantidad de energía predeterminada del acumulador de energía de emergencia.
[0035] El acumulador de energía de emergencia se carga preferentemente a través del dispositivo de descarga con una resistencia de carga Rl que es menor que la resistencia interna Ri del acumulador de energía de emergencia, en particular a lo sumo la mitad que la resistencia interna R¡, de forma especialmente preferida a lo sumo diez por ciento de la resistencia interna Ri. De esta manera, la mayor parte de la energía extraída del acumulador de energía de emergencia durante la descarga se convierte en calor en la resistencia interna R¡.
[0036] Según un perfeccionamiento ventajoso de la invención está previsto que el acumulador de energía de emergencia se cargue si la nueva determinación tuvo como resultado que la energía El extraíble del acumulador de energía de emergencia no ha alcanzado un valor de energía mínimo definible y/o la potencia pico Pmáx extraíble del acumulador de energía de emergencia no ha alcanzado un valor de potencia mínima definible. En el caso de que la energía mínima necesaria y/o la potencia mínima necesaria no se han alcanzado solo mediante la descarga del acumulador de energía de emergencia, este objetivo o estos objetivos se pueden alcanzar todavía mediante la carga sencilla del acumulador de energía de emergencia. El acumulador de energía de emergencia se puede cargar, por ejemplo, durante un período de tiempo predeterminado, con una cantidad de energía predeterminada o hasta un nivel predeterminado, en el que el nivel es en particular al menos del 80%, preferentemente al menos del 90% y de forma especialmente preferida al menos del 95% de la cantidad de energía almacenable como máximo en el acumulador de energía de emergencia.
[0037] Si el acumulador de energía de emergencia contiene solo una cantidad de energía muy pequeña o incluso está completamente descargado al comienzo del procedimiento según la invención, es ventajoso cargar en primer lugar el acumulador de energía de emergencia para permitir la descarga subsiguiente del acumulador de energía de emergencia. Una configuración ventajosa de la invención se destaca porque, antes de la descarga del acumulador de energía de emergencia, el acumulador de energía de emergencia se carga solo en la cantidad que es necesaria para que, después de la descarga del acumulador de energía de emergencia con el fin de calentar el acumulador de energía de emergencia, esté presente al menos suficiente energía residual para que se alcance la disponibilidad operativa. Preferentemente está previsto un dispositivo de carga para cargar el acumulador de energía de emergencia.
[0038] El dispositivo de carga se puede formar, por ejemplo, por un rectificador que rectifica la corriente alterna de una red de suministro en corriente continua. En particular, el dispositivo de carga también se puede formar por el propio consumidor de energía cuando este presenta, por ejemplo, un motor que también se puede hacer funcionar como generador y a través del que se puede alimentar energía al acumulador de energía de emergencia.
[0039] Según un perfeccionamiento especialmente ventajoso de la invención está previsto que la carga del acumulador de energía de emergencia se realiza como máximo con la corriente de carga máxima admisible del acumulador de energía de emergencia. Gracias a esta limitación de corriente se protege el acumulador de energía de emergencia frente a sobrecargas y se aumenta la vida útil del acumulador de energía de emergencia.
[0040] En una configuración preferida de la invención está previsto que el dispositivo de descarga comprenda el un consumidor de energía o al menos uno de los consumidores de energía. Por consiguiente, el un consumidor de energía o al menos uno de los consumidores de energía puede actuar como una resistencia de carga, a través de la que se puede descargar el acumulador de energía de emergencia. De este modo se puede prescindir de una resistencia de carga separada, que solo sirve para la descarga del acumulador de energía de emergencia. Si el consumidor de energía es, por ejemplo, un motor eléctrico de un sistema de pitch, al descargar el acumulador de energía de emergencia a través del motor eléctrico, no solo se puede calentar el acumulador de energía de emergencia, sino que el motor eléctrico también se puede calentar al mismo tiempo y por consiguiente se prepara para la próxima operación. Si además también está presente una resistencia de frenado, también llamada chopper de frenado, que sirve para disipar el exceso de energía, esta resistencia de frenado también puede funcionar como una resistencia de carga.
[0041] En otra configuración preferida de la invención está previsto que el dispositivo de descarga presente al menos una resistencia de calentamiento, cuyo calor de escape se utiliza de nuevo para el calentamiento directo o indirecto del acumulador de energía de emergencia. La resistencia de calentamiento puede estar dispuesta, por ejemplo, en las inmediaciones del acumulador de energía de emergencia, estar en contacto directo con el acumulador de energía de emergencia o funcionar al mismo tiempo como una resistencia de calentamiento de aerotermo. De este modo, no solo se usa el calor generado en la resistencia interna al descargar el acumulador de energía de emergencia para calentar el acumulador de energía de emergencia, sino también la potencia eléctrica convertida en calor en el dispositivo de descarga.
[0042] Según otra configuración preferida de la invención está previsto que los elementos de acumulación de energía presenten condensadores, en particular ultracondensadores. Los acumuladores de energía de emergencia pueden presentar una sola celda de condensador y una conexión en paralelo y/o conexión en serie de varias celdas de condensador. En el caso de varias celdas de condensador interconectadas, la capacidad C del acumulador de energía de emergencia designa por consiguiente la capacidad total resultante C de las celdas de condensador interconectadas.
[0043] El término de ultracondensadores comprende condensadores electroquímicos que presentan tanto una capacidad de doble capa como una pseudocapacidad. A veces también se utiliza el término de supercondensadores. Según cuál de las dos capacidades predomine, los ultracondensadores se clasifican en una de tres familias. Como condensadores de doble capa o EDLC (electric double-layer capacitor) se designan ultracondensadores en los que predomina la capacidad de doble capa. Como pseudocondensadores se designan los ultracondensadores en los que predomina la pseudocapacidad. Como condensadores híbridos se designan ultracondensadores en los que la capacidad de doble capa y la pseudocapacidad contribuyen aproximadamente en la misma medida a la capacidad total C del ultracondensador. La influencia de la temperatura sobre la resistencia interna R¡ es especialmente claro en el caso de los condensadores y por lo general es mayor a temperaturas por debajo de 0 °C.
[0044] La determinación de la capacidad C del acumulador de energía de emergencia, así como la determinación de la resistencia interna R¡ del acumulador de energía de emergencia, se puede realizar mediante la descarga breve del acumulador de energía de emergencia a través de una resistencia y medición de la tensión y la corriente de descarga.
[0045] La energía Ec almacenada en el acumulador de energía de emergencia da como resultado:
1 9
Er
C
= -
2
C U L j
[0046] La tensión de carga Ul que entra en este cálculo también se puede determinar mediante las más simples mediciones. Por lo tanto, la energía extraíble El se puede calcular luego según la aproximación descrita al inicio como sigue:
EL=Ec - E v ^ ^ C U l - [ ' R ir - m t
[0047] Además, es ventajoso que la corriente de descarga se limite a un valor máximo, seleccionándose el valor máximo en particular para que sea un valor menor o igual a la pérdida de potencia máxima permitida del dispositivo de descarga. De esta manera, el dispositivo de descarga se protege frente a sobrecargas.
[0048] Cuando el acumulador de energía de emergencia todavía está frío, su resistencia interna R¡ puede ser en particular tan alta que al comienzo del proceso de descarga la corriente de descarga sea tan baja que en primer lugar se excluya una sobrecarga. No obstante, con el acumulador de energía de emergencia que se calienta y la caída asociada a ello de la resistencia interna Ri del acumulador de energía de emergencia, la corriente de descarga puede llegar a ser tan grande con el tiempo que la pérdida de potencia en la o las resistencias de carga, como el devanado de motor del motor de pitch, y/o la chopper de frenado se vuelva demasiado grande. Estas resistencias de carga se dimensionaron originalmente para un fin diferente y, por lo tanto, para cargas diferentes. Según otro perfeccionamiento preferido de la invención está previsto que la limitación de la corriente de descarga se realice por modulación de ancho de pulso, con lo que en particular la corriente de descarga pico se limite a la corriente de pulso máxima admisible del circuito que comprende el acumulador de energía de emergencia y el dispositivo de descarga. La corriente de descarga es la intensidad de corriente resultante promediada en varios pulsos. La corriente de descarga pico designa la intensidad de corriente máxima que alcanza un solo pulso de la modulación de ancho de pulso.
[0049] El objetivo derivado y mostrado anteriormente se logra, partiendo del procedimiento descrito al inicio para la preparación operativa de un sistema de pitch para una instalación de energía eólica, porque uno de los procedimientos descritos anteriormente se aplica a un acumulador de energía de emergencia o al menos uno de
los acumuladores de energía de emergencia del sistema de pitch. El objetivo derivado y mostrado anteriormente se logra, partiendo del sistema de pitch descrito al inicio, porque el sistema de pitch está configurado para la realización del procedimiento mencionado anteriormente. El objetivo derivado y mostrado anteriormente se logra, partiendo de la instalación de energía eólica descrita al inicio, porque la instalación de energía eólica comprende un sistema de pitch de este tipo.
[0050] La realización de los pitchs del procedimiento individuales del procedimiento según la invención se puede llevar a cabo, por ejemplo, mediante un programa informático, que está almacenado en un medio de almacenamiento, como por ejemplo una memoria de semiconductores, una memoria magnética o una memoria óptica, y se procesa mediante un dispositivo de control.
[0051] En particular ahora hay una pluralidad de posibilidades para configurar y perfeccionar el procedimiento según la invención para la preparación operativa de un acumulador de energía de emergencia. Para ello se hace referencia a las reivindicaciones subordinadas a la reivindicación 1, así como a las reivindicaciones subordinadas a la reivindicación, así como a la siguiente descripción detallada de ejemplos de realización preferidos de la invención.
[0052] La relación entre la temperatura T de un elemento de acumulación de energía y su resistencia interna R, se muestra en que al quedar por debajo de cierta temperatura T, la resistencia interna R, aumenta bruscamente. La temperatura T, a partir de la cual la resistencia interna R, aumenta bruscamente, depende del tipo del elemento de acumulación de energía. Para los ultracondensadores, esta temperatura T está a menudo en el rango de 0, pero según el tipo de construcción, la resistencia interna puede ser suficiente desde -15 ° C para permitir una operación de emergencia segura. Por consiguiente, la temperatura depende de las propiedades del acumulador de energía de emergencia seleccionado y de las otras dimensiones del accionamiento de pitch y, por lo tanto, se debe seleccionar individualmente para cada tipo de construcción.
[0053] En una configuración preferida del procedimiento según la invención, después del inicio del procedimiento, el acumulador de energía de emergencia se carga en primer lugar para asegurar que se almacena suficiente energía en el acumulador de energía de emergencia para las posteriores etapas del procedimiento. Esta etapa del procedimiento se puede omitir en particular si se puede partir de que en el acumulador de energía de emergencia ya está almacenada suficiente energía para las posteriores etapas del procedimiento, por ejemplo, de una puesta en funcionamiento anterior, y la instalación se vuelve a poner en marcha después de una breve interrupción, por ejemplo, después de trabajos de mantenimiento.
[0054] En la siguiente etapa, se determina la energía EL extraíble del acumulador de energía de emergencia y/o la potencia pico Pmáx extraíble del acumulador de energía de emergencia. La determinación de la potencia pico Pmáx extraíble del acumulador de energía de emergencia se puede efectuar preferiblemente mediante métodos que no requieran una descarga total del acumulador de energía de emergencia. En el caso de los condensadores como acumuladores de energía de emergencia, a diferencia de los acumuladores de energía de emergencia químicos, como por ejemplo los acumuladores de plomo-ácido, existe una relación directa entre la diferencia de tensión al principio y al final de un proceso de descarga parcial y la potencia extraída, de modo que ya a partir de un tiempo de descarga o un tiempo de carga de unos pocos segundos se puede inferior de forma fiable sobre la energía residual almacenada. Dado que el acumulador de energía de emergencia solo se ha cargado con la corriente de descarga durante unos segundos, en el caso de una medición a lo largo del proceso de descarga puede estar presente todavía suficiente energía residual que no haga necesaria directamente una nueva recarga. Sin embargo, la determinación de la capacidad se realiza preferiblemente a través de un proceso de carga, de modo que la energía se le suministre al acumulador de energía de emergencia en lugar de extraerla del acumulador de energía de emergencia.
[0055] Si la determinación de la energía El extraíble del acumulador de energía de emergencia y/o la potencia pico Pmáx extraíble del acumulador de energía de emergencia tuvo como resultado que la energía El extraíble del acumulador de energía de emergencia ha alcanzado un valor de energía mínimo definible y/o la potencia pico Pmáx extraíble del acumulador de energía de emergencia ha alcanzado un valor de potencia mínimo definible, entonces ya se constata la disponibilidad operativa y, en particular, se emite una señal a un dispositivo de control de orden superior, en el que la señal señaliza la disponibilidad operativa.
[0056] Si la determinación tuvo como resultado que la energía El extraíble del acumulador de energía de emergencia no ha alcanzado un valor de energía mínimo definible y/o la potencia pico Pmáx extraíble del acumulador de energía de emergencia no ha alcanzado un valor de potencia mínimo definible, entonces el acumulador de energía de emergencia se descarga en primer lugar a través de un dispositivo de descarga para calentar el acumulador de energía de emergencia a través de su resistencia interna R,. Acto seguido se determina la energía El extraíble del acumulador de energía de emergencia y/o la potencia pico Pmáx extraíble del acumulador de energía de emergencia. Este modo de proceder calienta el acumulador de energía de emergencia, independientemente de si el acumulador de energía de emergencia presenta una temperatura demasiado baja o no. Este procedimiento siempre se puede aplicar si mediante los datos característicos del acumulador de energía de emergencia se asegura que el acumulador de energía de emergencia no se puede sobrecalentar debido a una
sola descarga. Este es siempre el caso cuando la resistencia de carga es lo suficientemente alta como para limitar la corriente de descarga, de tal manera que esté excluido un sobrecalentamiento del acumulador de energía de emergencia. Si, por ejemplo, se selecciona la llamado chopper de frenado como resistencia de descarga, entonces la chopper de frenado no solo está diseñada naturalmente para esta carga, sino que también evita una sobrecarga del acumulador de energía de emergencia con una resistencia de típicamente 10 ohmios, como es habitual en un motor de 7kW, sin que para ello se requieran medidas adicionales.
[0057] Alternativamente, antes de una decisión sobre si el acumulador de energía de emergencia se debe descargar en primer lugar para calentar el acumulador de energía de emergencia a través de su resistencia interna R, o se debe comenzar inmediatamente con la carga, sin descarga previa, esta decisión se puede tomar en función de quedar por debajo de una temperatura medida, por ejemplo la temperatura dentro de la carcasa, en la que está alojado el acumulador de energía de emergencia, y/o de la resistencia interna R, del acumulador de energía de emergencia.
[0058] Habitualmente se proporciona un convertidor entre una conexión a la red y los motores, que, por ejemplo, proporciona una tensión de circuito intermedio de 420 voltios. En este caso, el acumulador de energía de emergencia está dispuesto habitualmente en el lado primario del inversor, mientras que los motores, y por tanto las resistencias de carga potenciales, están conectadas en el lado secundario del inversor. Los supercondensadores disponibles en el momento de la solicitud presentan, por ejemplo, una resistencia interna de 0,08 ohmios a una temperatura de -40 °C. Con un motor de pitch para una potencia de 7 kW, la resistencia del devanado es típicamente de 0,2 ohmios. Si el banco de supercondensadores se carga con el devanado del motor de pitch, se ajustaría aproximadamente una corriente de descarga de 150 amperios en lugar de los 30 amperios permitidos para los condensadores al comienzo de la descarga del acumulador de energía de emergencia frío a -40 °C. La corriente de descarga se puede limitar a un promedio de 30 amperios mediante una modulación de ancho de pulso con un 20% inicial, por ejemplo, conectando la resistencia de carga durante un ciclo de reloj del convertidor y un tiempo de espera de cuatro ciclos de reloj hasta el siguiente período de conexión. En una aplicación típica, la frecuencia de conmutación del convertidor puede ser de 8 KHz, por ejemplo, de modo que el devanado del motor de pitch se conecta por turno durante 125 microsegundos y luego se desconecta del dispositivo de energía de emergencia durante un período de 500 microsegundos.
[0059] Debido a una capacidad térmica típica de una celda de supercondensador de 60 Ws/K y una resistencia térmica típica de 11 KAV, la temperatura del núcleo de los supercondensadores se puede elevar aproximadamente 30 K en 1000 segundos, es decir, a una temperatura de funcionamiento de -15 °C, con una corriente de descarga promedio de 30 amperios. En el caso del tipo de condensador seleccionado en este ejemplo de realización, el sistema puede entonces entrar en funcionamiento a esta temperatura, dado que la celda ha alcanzado en gran medida su capacidad original y una resistencia interna suficientemente baja.
[0060] Alternativamente, la nueva determinación también se puede realizar de forma continua durante la descarga, de modo que las dos etapas del procedimiento transcurran esencialmente en paralelo. Si la nueva determinación tiene como resultado que la energía EL extraíble del acumulador de energía de emergencia ha alcanzado un valor de energía mínimo definible y/o la potencia pico Pmáx extraíble del acumulador de energía de emergencia ha alcanzado un valor de potencia mínimo definible, entonces ya se constata la disponibilidad operativa y, en particular, se emite una señal a un dispositivo de control de orden superior, en el que la señal señaliza la disponibilidad operativa.
[0061] El acumulador de energía de emergencia se carga si la nueva determinación tuvo como resultado que la energía El extraíble del acumulador de energía de emergencia no ha alcanzado un valor de energía mínimo definible y/o la potencia pico Pmáx extraíble del acumulador de energía de emergencia no ha alcanzado un valor de potencia mínima definible. La carga se puede realizar, por ejemplo, hasta que el acumulador de energía de emergencia esté cargado al 90%. Luego se determina la energía El extraíble del acumulador de energía de emergencia y/o la potencia pico Pmáx extraíble del acumulador de energía de emergencia.
[0062] El bucle formado por estas etapas se recorre hasta que una de las determinaciones tiene como resultado que la energía EL extraíble del acumulador de energía de emergencia ha alcanzado un valor de energía mínimo definible y/o la potencia pico Pmáx extraíble del acumulador de energía de emergencia ha alcanzado un valor de potencia mínimo definible. Alternativamente, el bucle se puede interrumpir después de un número máximo predeterminado de pasadas y se puede enviar una señal de error a un dispositivo de control. Así, por ejemplo, si el acumulador de energía de emergencia no dispone de la energía mínima requerida después de cien vueltas, se puede inferir de ello que el acumulador de energía de emergencia ha llegado al final de su vida útil. Con la señal de error se le puede informar a un técnico que debe efectuar la sustitución del acumulador de energía de emergencia antes de que la instalación pueda volver a funcionar.
[0063] Si el procedimiento según la invención se aplica, por ejemplo, en un sector de aplicación en la que solo es relevante la energía El extraíble del acumulador de energía de emergencia y la potencia pico Pmáx extraíble del acumulador de energía de emergencia no desempeña ningún papel, en la determinación también se determina solo la energía El extraíble del acumulador de energía de emergencia y se constata la disponibilidad operativa en
cuanto la energía El extraíble del acumulador de energía de emergencia ha alcanzado el valor de energía mínimo fijado.
[0064] El acumulador de energía de emergencia presenta una pluralidad de elementos de acumulación de energía. El acumulador de energía de emergencia está conectado a un consumidor de energía para la facilitación de energía eléctrica de emergencia para este último. Además, el acumulador de energía de emergencia todavía está conectado a un dispositivo de descarga y un dispositivo de carga. El acumulador de energía de emergencia se puede descargar para el calentamiento a través del dispositivo de descarga. El dispositivo de carga sirve para cargar el acumulador de energía de emergencia. Adicionalmente está previsto un dispositivo de control que está establecido para procesar instrucciones de programa para ejecutar el procedimiento según la invención. Para ello, se puede almacenar un programa informático con las correspondientes instrucciones de programa en una memoria de datos del dispositivo de control. El dispositivo de control está conectado a los componentes restantes para el intercambio de señales de control a través de líneas de señales. En el marco de la invención también se pueden combinar dos o más componentes en un componente. Un único componente también puede asumir las tareas de varios componentes. Así, por ejemplo, un motor eléctrico puede constituir simultáneamente el consumidor de energía, el dispositivo de descarga y, en modo generador, incluso el dispositivo de carga.
Claims (1)
- REIVINDICACIONES1. Procedimiento para la preparación operativa de un acumulador de energía de emergencia con al menos un elemento de acumulación de energía, en el que el acumulador de energía de emergencia está configurado para proporcionar energía eléctrica de emergencia para al menos un consumidor de energía, en el que se determina la energía EL extraíble del acumulador de energía de emergencia y/o la potencia pico Pmáx extraíble del acumulador de energía de emergencia y se constata la disponibilidad operativa tan pronto como la energía EL extraíble del acumulador de energía de emergencia ha alcanzado un valor de energía mínimo definible y/o la potencia pico Pmáx extraíble del acumulador de energía de emergencia ha alcanzado un valor de potencia mínimo definible,caracterizado por quela energía EL extraíble del acumulador de energía de emergencia y/o la potencia pico Pmáx extraíble del acumulador de energía de emergencia se determina midiendo un proceso de descarga o a través de un proceso de carga,y por quesi la determinación tuvo como resultado que la energía EL extraíble del acumulador de energía de emergencia no ha alcanzado un valor de energía mínimo definible y/o la potencia pico Pmáx extraíble del acumulador de energía de emergencia no ha alcanzado un valor de potencia mínima definible, el acumulador de energía de emergencia se descarga en primer lugar a través de un dispositivo de descarga para utilizar el calor producido en su resistencia interna Ri durante la descarga del acumulador de energía de emergencia para calentar el acumulador de energía de emergencia, independientemente de si el acumulador de energía de emergencia presenta una temperatura demasiado baja o no.2. Procedimiento para la preparación operativa de un acumulador de energía de emergencia de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que la energía EL extraíble del acumulador de energía de emergencia y/o la potencia pico Pmáx extraíble del acumulador de energía de emergencia se determina de nuevo después de la descarga del acumulador de energía de emergencia para calentar el acumulador de energía de emergencia, y por que el acumulador de energía de emergencia se recarga cuando la nueva determinación de la energía EL extraíble del acumulador de energía de emergencia y/o la potencia pico Pmáx extraíble del acumulador de energía de emergencia tuvo como resultado que la energía EL extraíble del acumulador de energía de emergencia no ha alcanzado un valor de energía mínimo definible y/o la potencia pico Pmáx extraíble del acumulador de energía de emergencia no ha alcanzado un valor de potencia mínimo definible.3. Procedimiento para la preparación operativa de un acumulador de energía de emergencia de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que el proceso de descarga del acumulador de energía de emergencia se realiza durante un período de tiempo definido o por que el período de tiempo se determina nuevamente en el caso individual en cada proceso de descarga.4. Procedimiento para la preparación operativa de un acumulador de energía de emergencia de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la determinación de la energía EL extraíble del acumulador de energía de emergencia y/o la potencia pico Pmáx extraíble del acumulador de energía de emergencia se determina continuamente durante la descarga.5. Procedimiento para la preparación operativa de un acumulador de energía de emergencia de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que antes de la descarga del acumulador de energía de emergencia, el acumulador de energía de emergencia se carga en una cantidad de modo que, después de la descarga del acumulador de energía de emergencia para calentar el acumulador de energía de emergencia, la energía EL extraíble del acumulador de energía de emergencia y/o la potencia pico Pmáx extraíble del acumulador de energía de emergencia es suficiente para determinar la disponibilidad operativa.6. Procedimiento para la preparación operativa de un acumulador de energía de emergencia de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el dispositivo de descarga comprende el un consumidor de energía o al menos uno de los consumidores de energía.7. Procedimiento para la preparación operativa de un acumulador de energía de emergencia de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la limitación de la corriente de descarga se realiza por modulación de ancho de pulso, con lo que en particular la corriente de descarga pico se limita a la corriente de pulso máxima admisible del circuito que comprende el acumulador de energía de emergencia y el dispositivo de descarga.8. Procedimiento para la preparación operativa de un acumulador de energía de emergencia de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que se mide al menos una magnitud física, que permite una declaración sobre la temperatura del núcleo de un elemento de acumulación de energía o de los varios elementos de acumulación de energía del acumulador de energía de emergencia, se calcula la temperatura del núcleo en base a la magnitud física o a las magnitudes físicas y se realiza la descarga del acumulador de energía de emergencia al menos hasta que la temperatura del núcleo ha alcanzado un umbral de temperatura definible.9. Procedimiento para preparación operativa de un acumulador de energía de emergencia de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado por que en el cálculo de la temperatura del núcleo se tienen en cuenta los efectos de envejecimiento del acumulador de energía de emergencia, que modifican la relación entre la magnitud física o las magnitudes físicas y la temperatura del núcleo.10. Procedimiento para preparación operativa de un acumulador de energía de emergencia de acuerdo con una de las reivindicaciones 8 a 9, caracterizado por que la magnitud física o las magnitudes físicas comprenden la capacidad C del acumulador de energía de emergencia y/o la resistencia interna Ri del acumulador de energía de emergencia.11. Procedimiento para preparación operativa de un acumulador de energía de emergencia de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los elementos de acumulación de energía presentan condensadores, en particular ultracondensadores.12. Procedimiento para preparación operativa de un sistema de pitch para una instalación de eólica, en el que el sistema de pitch presenta al menos un acumulador de energía de emergencia con al menos un elemento de acumulación de energía,caracterizado por quese aplica un procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 11 a un acumulador de energía de emergencia o al menos a uno de los acumuladores de energía de emergencia del sistema de pitch. 13. Producto de programa informático con instrucciones de programa para ejecutar un procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores.14. Sistema de pitch para una instalación de energía eólica, en el que el sistema de pitch presenta al menos un acumulador de energía de emergencia con al menos un elemento de acumulación de energía, caracterizado por queel sistema de pitch está configurado para realizar el procedimiento de acuerdo con la reivindicación 12. 15. Instalación de energía eólica con sistema de pitch de acuerdo con reivindicación 14.
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