ES2895930T3 - Sistema y procedimiento para hacer funcionar un sistema de generación de potencia en un modo de almacenamiento/descarga de potencia o un modo de freno dinámico - Google Patents
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Abstract
Un sistema para hacer funcionar un sistema de generación de potencia (100) en un modo de almacenamiento/descarga de batería o un modo de freno dinámico, comprendiendo el sistema: un convertidor de potencia (162) que incluye un convertidor en el lado de rotor (166), un convertidor en el lado de línea (168) y un enlace de CC (126, 136) acoplado entre los convertidores en el lado de rotor y en el lado de línea (166, 168), estando configurado el convertidor en el lado de rotor (166) para convertir potencia de CA en potencia de CC y estando configurado el convertidor en el lado de línea (168) para convertir potencia de CC en potencia de CA; en el que: un conmutador selector (140) acoplado al enlace de CC (126, 136); un módulo de conmutación (142) acoplado entre el conmutador selector (140) y el enlace de CC (126, 136), estando configurado el conmutador selector (140) para acoplar selectivamente el módulo de conmutación (142) a uno de un dispositivo de almacenamiento (144) o un elemento resistivo (146) del sistema de generación de potencia (100); en el que el conmutador selector (140) se puede mover entre una primera posición, en la que el módulo de conmutación (142) está acoplado al dispositivo de almacenamiento (144) de modo que pueda dirigirse potencia entre el enlace de CC (126, 136) y el dispositivo de almacenamiento (144) por medio del control del módulo de conmutación (142), y una segunda posición, en la que el módulo de conmutación (142) está acoplado al elemento resistivo (146) de modo que pueda dirigirse potencia entre el enlace de CC (126, 136) y el elemento resistivo (146) por medio del control del módulo de conmutación (142); en el que, cuando el conmutador selector (140) está en la primera posición, el módulo de conmutación (142) está configurado para funcionar como un convertidor de CC a CC para controlar el flujo de potencia desde el enlace de CC al dispositivo de almacenamiento (144), y en el que, cuando el conmutador selector (140) está en la segunda posición, el módulo de conmutación (142) está configurado para funcionar como un troceador de freno para el elemento resistivo (146).
Description
DESCRIPCIÓN
Sistema y procedimiento para hacer funcionar un sistema de generación de potencia en un modo de almacenamiento/descarga de potencia o un modo de freno dinámico
[0001] La presente materia se refiere, en general, a sistemas de generación de potencia y, más en particular, a un sistema y procedimiento para hacer funcionar un sistema de generación de potencia en un modo de almacenamiento/descarga de potencia o un modo de freno dinámico.
[0002] Los sistemas de generación de potencia incluyen a menudo un convertidor de potencia que está configurado para convertir una potencia de entrada en una potencia adecuada para su aplicación a una carga, tal como un generador, motor, red de suministro eléctrico u otra carga adecuada. Por ejemplo, un sistema de generación de potencia, tal como un sistema de turbina eólica como el descrito en el documento US 2012/0217824, puede incluir un convertidor de potencia para convertir la potencia de corriente alterna de frecuencia variable generada en el generador en potencia de corriente alterna a una frecuencia de red de suministro (por ejemplo, 50 Hz o 60 Hz) para su aplicación a una red de suministro. Un sistema de generación de potencia ejemplar puede generar potencia de CA usando un generador de inducción de doble alimentación (DFIG) accionado por viento. Un convertidor de potencia puede regular el flujo de potencia eléctrica (“flow of electrical power”) entre el DFIG y la red de suministro.
[0003] Bajo ciertas condiciones (por ejemplo, condiciones de potencia transitoria), existe temporalmente un desajuste de alta potencia entre el rotor y la conexión a la red de suministro y los transitorios de tensión se amplifican de modo que un nivel de tensión de enlace de CC puede aumentar por encima de los niveles normales permitidos o nominales. En el pasado se han utilizado varios enfoques para absorber o desviar potencia del enlace de CC durante tales condiciones de nivel de potencia excesiva. Por ejemplo, se han utilizado medios de cortocircuito de acción rápida, tales como circuitos rectificadores, para limitar el flujo de potencia hacia el enlace de CC cuando se producen fallos en la red de suministro u otros eventos transitorios. Más recientemente, se han utilizado sistemas de freno dinámico que incluyen una resistencia acoplada al enlace de CC por medio de un conmutador para disipar potencia del enlace de CC. Sin embargo, aunque dichos circuitos rectificadores y frenos dinámicos son útiles para prevenir condiciones de sobretensión dentro del enlace de CC, la potencia absorbida o desviada desde el enlace de CC se pierde, reduciéndose así la eficiencia general del sistema de generación de potencia.
[0004] Por consiguiente, la tecnología necesita un sistema y procedimiento para hacer funcionar un sistema de generación de potencia que permita que la potencia sea desviada desde el enlace de CC durante la aparición de eventos transitorios y almacenada para su posterior descarga al enlace de CC. Además, sería deseable que el sistema se configurara adicionalmente para funcionar como un freno dinámico cuando la opción de almacenamiento de potencia no esté disponible para permitir que la potencia se disipe del enlace de CC durante eventos transitorios.
[0005] Diversos aspectos y ventajas de la invención se expondrán en parte en la siguiente descripción, o pueden resultar evidentes a partir de la descripción o se pueden descubrir llevando a la práctica la invención.
[0006] La presente invención está definida por las reivindicaciones adjuntas.
[0007] Diversas características, aspectos y ventajas de la presente invención se entenderán mejor con referencia a la siguiente descripción y a las reivindicaciones adjuntas. Los dibujos adjuntos, que se incorporan en, y constituyen una parte de, esta memoria descriptiva, ilustran modos de realización de la invención y, conjuntamente con la descripción, sirven para exponer los principios de la invención. En los dibujos:
la figura 1 ilustra una vista en perspectiva de un modo de realización de una turbina eólica;
la figura 2 ilustra una vista esquemática de un modo de realización de un sistema de turbina eólica de acuerdo con aspectos de la presente materia;
la figura 3 ilustra una vista esquemática de un modo de realización de una disposición eléctrica que se puede usar para hacer funcionar el sistema divulgado en un modo de almacenamiento/descarga de potencia o un modo de freno dinámico de acuerdo con aspectos de la presente materia;
la figura 4 ilustra una vista esquemática de otro modo de realización de una disposición eléctrica que se puede usar para hacer funcionar el sistema divulgado en un modo de almacenamiento/descarga de potencia o un modo de freno dinámico de acuerdo con aspectos de la presente materia;
la figura 5 ilustra una vista esquemática de un modo de realización adicional de una disposición eléctrica que se puede usar para hacer funcionar el sistema divulgado en un modo de almacenamiento/descarga de potencia o un modo de freno dinámico de acuerdo con aspectos de la presente materia;
la figura 6 ilustra una vista esquemática de otro modo de realización adicional de una disposición eléctrica que se puede usar para hacer funcionar el sistema divulgado en un modo de almacenamiento/descarga de potencia o un modo de freno dinámico de acuerdo con aspectos de la presente materia; y
la figura 7 ilustra un diagrama de flujo de un modo de realización de un procedimiento para hacer funcionar un sistema de generación de potencia en un modo de almacenamiento/descarga de batería o un modo de freno dinámico. Ahora se hará referencia en detalle a modos de realización de la invención, de los que uno o más ejemplos se ilustran en los dibujos.
[0008] En general, la presente materia está dirigida a un sistema y procedimiento que hace funcionar un sistema de generación de potencia en un modo de almacenamiento/descarga de potencia o un modo de freno dinámico. Específicamente, en varios modos de realización, el sistema puede incluir un convertidor de potencia que tiene un enlace de CC y al menos un módulo de conmutación acoplado al enlace de CC. Cada módulo de conmutación puede incluir, por ejemplo, un elemento de conmutación (por ejemplo, un transistor bipolar de puerta aislada (IGBT)) y un diodo correspondiente. Además, el sistema puede incluir un conmutador selector para acoplar selectivamente el/los módulo(s) de conmutación a uno de un dispositivo de almacenamiento (por ejemplo, una o más baterías) o un elemento resistivo (por ejemplo, una resistencia). Como se describirá a continuación, el conmutador selector puede moverse entre una primera posición, en la que el/los módulo(s) de conmutación está(n) acoplado(s) al dispositivo de almacenamiento, y una segunda posición, en la que el/los módulo(s) de conmutación está(n) acoplado(s) al elemento resistivo. Por lo tanto, cuando el conmutador selector pasa a la primera posición, el/los elemento(s) de conmutación del/de los módulo(s) puede(n) estar configurado(s) para conmutar o modularse de una manera que regule el flujo de potencia entre el enlace de CC y el dispositivo de almacenamiento, permitiendo así que la potencia se almacene dentro y/o se descargue del dispositivo de almacenamiento. De forma similar, cuando el conmutador selector pasa a la segunda posición, el/los elemento(s) de conmutación del/de los módulo(s) pueden estar configurado(s) para controlarse a fin de proporcionar una conexión eléctrica entre el elemento resistivo y el enlace de CC, proporcionándose así un freno dinámico para disipar la potencia del enlace de CC.
[0009] Al proporcionar el conmutador selector divulgado para acoplar el dispositivo de almacenamiento o el elemento resistivo al/a los módulo(s) de conmutación, el/los elemento(s) de conmutación del/de los módulo(s) puede(n) estar configurado(s) para cumplir una doble función. Específicamente, cuando funciona en el modo de almacenamiento/descarga de potencia, el/los elemento(s) de conmutación puede(n), en varios modos de realización, estar configurado(s) para funcionar como un convertidor de potencia de CC a CC bidireccional (por ejemplo, un troceador de CC (“DC chopper”)). De este modo, modulando el/los elemento(s) de conmutación, se puede controlar el flujo de potencia hacia y desde el dispositivo de almacenamiento, así como el nivel de tensión. Por ejemplo, cuando se almacena potencia dentro del dispositivo de almacenamiento, el funcionamiento del/de los elemento(s) de conmutación se puede controlar de una manera que ajuste la tensión a un nivel apropiado para suministrar potencia al dispositivo de almacenamiento (por ejemplo, un nivel de tensión apropiado para la(s) batería(s)). De forma similar, cuando se descarga potencia desde el dispositivo de almacenamiento, el funcionamiento del/de los elemento(s) de conmutación se puede controlar de una manera que ajuste la tensión a un nivel apropiado para volver a suministrar la potencia al enlace de CC. Además, cuando el funcionamiento conmuta al modo de freno dinámico, el mismo/los mismos elemento(s) de conmutación puede(n) estar configurado(s) para funcionar como un troceador de freno (“brake chopper”) para conectar selectivamente el elemento resistivo al enlace de CC.
[0010] Se debe apreciar que, en varios modos de realización, el sistema divulgado puede estar configurado para funcionar principalmente en el modo de almacenamiento/descarga de potencia, sirviendo el modo de freno dinámico como modo de funcionamiento de respaldo. En dichos modos de realización, la potencia se puede transmitir desde el enlace de CC al dispositivo de almacenamiento para reducir las tensiones máximas de enlace de CC durante eventos transitorios (por ejemplo, fallos en la red de suministro), lo que permite que el sistema disipe potencia del enlace de CC de una manera similar a la de un freno dinámico.
[0011] Sin embargo, si se producen incidencias o problemas en el dispositivo de almacenamiento y/u otros componentes del sistema de modo que no sea deseable o posible transmitir y/o almacenar potencia dentro del dispositivo de almacenamiento, el conmutador selector puede conmutar a la segunda posición para acoplar el/los módulo(s) de conmutación al elemento resistivo para proporcionar un medio para disipar potencia del enlace de CC en caso de condiciones transitorias.
[0012] Además, al almacenar la potencia desviada desde el enlace de CC dentro del dispositivo de almacenamiento, la potencia puede estar disponible para descargarse de nuevo al enlace de CC cuando sea necesario. Por ejemplo, la potencia se puede transferir de vuelta al enlace de CC desde el dispositivo de almacenamiento para adaptarse a los requisitos de red de suministro y/o para complementar de otro modo la potencia transmitida a través del enlace de CC. Además, la potencia almacenada dentro del dispositivo de almacenamiento también se puede utilizar para mantener la sincronización del generador, tal como transfiriendo potencia desde el dispositivo de almacenamiento al enlace de CC para mantener constante la tensión del enlace
de CC. En aplicaciones de turbinas eólicas, esto puede ser deseable, por ejemplo, para reducir las cargas mecánicas de la turbina y las cargas del sistema de transmisión durante los tiempos de parada de la turbina eólica.
[0013] También debe apreciarse que, aunque la presente materia se describirá generalmente en el presente documento con respecto a un sistema de turbina eólica de DFIG, el sistema y procedimiento divulgado se puede utilizar, en general, con cualquier sistema de turbina eólica adecuado, tal como un sistema de turbina eólica de conversión de potencia total. Además de los sistemas de turbina eólica, el sistema y procedimiento divulgado también se puede utilizar con cualquier otro sistema de generación de potencia adecuado, tales como sistemas de energía solar y cualquier otro sistema de energía alternativo adecuado.
[0014] En referencia ahora a los dibujos, la figura 1 ilustra una vista en perspectiva de un modo de realización de una turbina eólica 10. Como se muestra, la turbina eólica 10 incluye, en general, una torre 12 que se extiende desde una superficie de soporte 14, una góndola 16 montada en la torre 12 y un rotor 18 acoplado a la góndola 16. El rotor 18 incluye un buje giratorio 20 y al menos una pala de rotor 22 acoplada a y que se extiende hacia fuera del buje 20. Por ejemplo, en el modo de realización ilustrado, el rotor 18 incluye tres palas de rotor 22. Sin embargo, en un modo de realización alternativo, el rotor 18 puede incluir un número superior o inferior a tres palas de rotor 22. Cada pala de rotor 22 puede estar espaciada alrededor del buje 20 para facilitar la rotación del rotor 18 para permitir que la energía cinética del viento se convierta en energía mecánica utilizable y, posteriormente, en energía eléctrica. Por ejemplo, como se describirá más adelante, el rotor 18 puede estar acoplado de forma giratoria a un generador eléctrico 120 (figura 2) para permitir la producción de energía eléctrica.
[0015] En referencia ahora a la figura 2, se ilustra un diagrama esquemático de un modo de realización de un sistema de turbina eólica 100, de acuerdo con aspectos de la presente materia. Como se muestra, el rotor 18 de la turbina eólica 10 puede, opcionalmente, estar acoplado a una multiplicadora 118 que, a su vez, está acoplada a un generador 120. En un modo de realización, el generador 120 es un generador de inducción de doble alimentación (DFIG). De forma alternativa, el generador 120 puede ser cualquier otro generador adecuado conocido en la técnica.
[0016] El generador 120 puede estar acoplado a un bus de estátor 154 y a un convertidor de potencia 162 por medio de un bus de rotor 156. El bus de estátor 154 puede proporcionar una potencia multifásica de salida (por ejemplo, potencia trifásica) desde un estátor del generador 120, y el bus de rotor 156 puede proporcionar una potencia multifásica de salida (por ejemplo, potencia trifásica) desde un rotor del generador 120. Como se muestra en la figura 2, el convertidor de potencia 162 incluye un convertidor en el lado de rotor 166 y un convertidor en el lado de línea 168. El generador 120 puede estar acoplado por medio del bus de rotor 156 al convertidor en el lado de rotor 166. Adicionalmente, el convertidor en el lado de rotor 166 puede estar acoplado al convertidor en el lado de línea 168 que, a su vez, puede estar acoplado a un bus en el lado de línea 188.
[0017] En varios modos de realización, el convertidor en el lado de rotor 166 y el convertidor en el lado de línea 168 pueden estar configurados para el modo de funcionamiento normal en una disposición trifásica de modulación por ancho de pulso (PWM) usando elementos de conmutación adecuados, tales como uno o más IGBT. El convertidor en el lado de rotor 166 y el convertidor en el lado de línea 168 pueden estar acoplados por medio de un enlace de CC 136 a través del cual hay un condensador de enlace de CC 138.
[0018] Además, el convertidor de potencia 162 puede estar acoplado a un controlador 174 para controlar el funcionamiento del convertidor en el lado de rotor 166 y del convertidor en el lado de línea 168. En general, el controlador 174 puede corresponder a cualquier dispositivo informático adecuado y/o cualquier combinación de dispositivos informáticos. Por ejemplo, en varios modos de realización, el controlador 174 puede incluir uno o más procesador(es) y dispositivo(s) de memoria asociado(s) configurado(s) para realizar una variedad de funciones implementadas por ordenador (por ejemplo, realizar los procedimientos, etapas, cálculos y similares divulgados en el presente documento). Como se usa en el presente documento, el término "procesador" no solo se refiere a circuitos integrados que en la técnica se menciona que están incluidos en un ordenador, sino que también se refiere a un controlador, un microcontrolador, un microordenador, un controlador de lógica programable (PLC), un circuito integrado específico de la aplicación y otros circuitos programables. Adicionalmente, el/los dispositivo(s) de memoria puede(n) comprender, en general, uno o más elementos de memoria, incluyendo, pero sin limitarse a, medios legibles por ordenador (por ejemplo, una memoria de acceso aleatorio (RAM)), medios no volátiles legibles por ordenador (por ejemplo, una memoria flash), un disco flexible, una memoria de solo lectura en disco compacto (CD-ROM), un disco magneto-óptico (MOD), un disco versátil digital (DVD) y/u otros elementos de memoria adecuados. Dicho(s) dispositivo(s) de memoria puede(n) estar configurado(s), en general, para almacenar instrucciones legibles por ordenador adecuadas que, cuando se implementan por el/los procesador(es), configuran el controlador 174 para realizar diversas funciones.
[0019] En configuraciones típicas, también se pueden incluir diversos contactores de línea y disyuntores, que incluyen, por ejemplo, un disyuntor de red de suministro 182, para aislar los diversos componentes según sea necesario para el funcionamiento normal del generador 120 durante la conexión y desconexión de la red de suministro eléctrico 184. Por ejemplo, un disyuntor de sistema 178 puede acoplar el bus de sistema 160 a un transformador 180, que puede estar acoplado a la red de suministro eléctrico 184 por medio del disyuntor de red
de suministro 182. En modos de realización alternativos, algunos o todos los disyuntores pueden ser reemplazados por fusibles.
[0020] En funcionamiento, la potencia de corriente alterna generada en el generador 120 al girar el rotor 18 se proporciona por medio de una ruta doble a la red de suministro eléctrico 184. Las rutas dobles están definidas por el bus de estátor 154 y el bus de rotor 156. En el lado de bus de rotor 156, se proporciona potencia de corriente alterna (CA) sinusoidal multifásica (por ejemplo, trifásica) al convertidor de potencia 162. El convertidor de potencia en el lado de rotor 166 convierte la potencia de CA proporcionada desde el bus de rotor 156 en potencia de corriente continua (CC) y proporciona la potencia de CC al enlace de CC 136. Como se entiende generalmente, los elementos de conmutación (por ejemplo, IGBT) usados en los circuitos puente del convertidor de potencia en el lado de rotor 166 pueden modularse para convertir la potencia de CA proporcionada desde el bus de rotor 156 en potencia de CC adecuada para el enlace de CC 136.
[0021] Además, el convertidor en el lado de línea 168 convierte la potencia de CC en el enlace de CC 136 en potencia de salida de CA adecuada para la red de suministro eléctrico 184. En particular, los elementos de conmutación (por ejemplo, IGBT) usados en los circuitos puente del convertidor de potencia en el lado de línea 168 se pueden modular para convertir la potencia de CC del enlace de CC 136 en potencia de CA en el bus en el lado de línea 188. La potencia de CA del convertidor de potencia 162 se puede combinar con la potencia del estátor del generador 120 para proporcionar potencia multifásica (por ejemplo, potencia trifásica) que tiene una frecuencia mantenida sustancialmente a la frecuencia de la red de suministro eléctrico 184 (por ejemplo, 50 Hz o 60 Hz). Se debe apreciar que el flujo de potencia a través del convertidor 162 puede ser bidireccional y, por lo tanto, puede dirigirse desde el lado de rotor al lado de línea o desde el lado de línea al lado de rotor (por ejemplo, durante un funcionamiento a velocidades no del todo síncronas).
[0022] Adicionalmente, diversos disyuntores y conmutadores, tales como el disyuntor de red de suministro 182, el disyuntor de sistema 178, el conmutador de sincronización de estátor 158, el disyuntor de convertidor 186 y el contactor de línea 172, pueden incluirse en el sistema 100 para conectar o desconectar buses correspondientes, por ejemplo, cuando el flujo es excesivo y puede dañar los componentes del sistema de turbina eólica 100 o por otras consideraciones operativas. También pueden incluirse componentes de protección adicionales en el sistema de turbina eólica 100.
[0023] Además, el convertidor de potencia 162 puede recibir señales de control desde, por ejemplo, el controlador 174. Las señales de control pueden basarse, entre otras cosas, en condiciones detectadas o características operativas del sistema de turbina eólica 100. Típicamente, las señales de control proporcionan el control del funcionamiento del convertidor de potencia 162. Por ejemplo, retroalimentación en forma de velocidad detectada del generador 120 puede usarse para controlar la conversión de la potencia de salida del bus de rotor 156 para mantener un suministro de potencia multifásica (por ejemplo, trifásica) adecuado y equilibrado. En particular, la velocidad detectada puede usarse como base para ajustar la frecuencia fundamental de las tensiones de puente sintetizadas de PWM para el convertidor en el lado de rotor 166. Adicionalmente, el controlador 174 también puede usar la retroalimentación de otros sensores para controlar el convertidor de potencia 162, incluyendo, por ejemplo, tensiones del bus de rotor y de estátor, tensiones asociadas a los elementos de conmutación y retroalimentaciones de corriente. Usando las diversas formas de información de retroalimentación, se pueden generar señales de control de conmutación (por ejemplo, consignas de control de puertas para los elementos de conmutación), señales de control de sincronización de estátor y señales de disyuntor.
[0024] Como se muestra en la figura 2, el sistema 100 también puede incluir un conmutador selector 140 y uno o más módulos de conmutación 142 acoplados entre el conmutador selector 140 y el enlace de CC 136. En varios modos de realización, el conmutador selector 140 puede estar configurado para acoplar selectivamente el/los módulo(s) de conmutación 142 a un dispositivo de almacenamiento 144 o un elemento resistivo 146 del sistema 100. En dichos modos de realización, acoplando el/los módulo(s) de conmutación 142 al dispositivo de almacenamiento 144, el sistema 100 puede configurarse para funcionar en un modo de almacenamiento/descarga de potencia para permitir que se transmita potencia entre el enlace de CC 136 y el dispositivo de almacenamiento 144 para su almacenamiento en el mismo y/o descarga del mismo. De forma similar, acoplando el/los módulo(s) de conmutación 142 al elemento resistivo 146, el sistema 100 puede configurarse para funcionar en un modo de freno dinámico para permitir que la potencia se disipe del enlace de CC 136.
[0025] Por ejemplo, durante el funcionamiento en el modo de almacenamiento/descarga de potencia, el/los módulo(s) de conmutación 142 puede(n), en varios modos de realización, estar configurado(s) para funcionar como un convertidor de CC a CC bidireccional (por ejemplo, un troceador de CC). Por lo tanto, para almacenar potencia dentro del dispositivo de almacenamiento 144, uno o más elementos de conmutación 148 (figuras 3-6) del/de los módulo(s) de conmutación 142 puede(n) configurarse para modularse de una manera que extraiga potencia del enlace de CC 136 y convierta la tensión a un nivel apropiado para cargar el dispositivo de almacenamiento 144. De forma similar, para descargar potencia desde el dispositivo de almacenamiento 144, el/los elemento(s) de conmutación 148 del/de los módulo(s) 142 puede(n) configurarse para modelarse de una manera que extraiga potencia del dispositivo de almacenamiento 144 y convierta la tensión a un nivel apropiado para el enlace de CC
[0026] Además, durante el funcionamiento en el modo de freno dinámico, el/los módulo(s) de conmutación 142 pueden estar configurados para funcionar como un troceador de freno. Por lo tanto, el/los elemento(s) de conmutación 148 del/de los módulo(s) 142 puede(n) modularse de una manera que regule la tensión de enlace de CC conectando selectivamente el enlace de CC 136 al elemento resistivo 146, proporcionando así un freno dinámico para disipar potencia del enlace de CC 136.
[0027] Se debe apreciar que el dispositivo de almacenamiento 142 puede comprender, en general, cualquier número de elementos de almacenamiento configurados para almacenar y/o descargar potencia eléctrica. Por ejemplo, como se muestra en la figura 2, en un modo de realización, el dispositivo de almacenamiento 142 puede incluir una pluralidad de baterías 143 que forman un gran banco de baterías. De forma alternativa, el dispositivo de almacenamiento 142 puede incluir una sola batería o cualquier otro elemento de almacenamiento adecuado. De forma similar, debe apreciarse que el elemento resistivo 146 puede comprender, en general, cualquier componente adecuado que permita que la energía eléctrica se disipe en forma de calor. Por ejemplo, en un modo de realización, el elemento resistivo 146 puede ser una resistencia de freno dinámico.
[0028] Además, como se muestra en la figura 2, el controlador 174 puede, en varios modos de realización, estar acoplado comunicativamente tanto al/a los módulo(s) de conmutación 142 como al conmutador selector 140 para controlar automáticamente el funcionamiento de cada componente. En dichos modos de realización, el controlador 174 puede estar configurado para transmitir señales de control adecuadas (por ejemplo, consignas de conmutación) con el fin de controlar el funcionamiento del/de los módulo(s) de conmutación 142 en base al modo de funcionamiento actual del sistema 100. Por ejemplo, durante el funcionamiento en el modo de almacenamiento/descarga de potencia, el controlador 174 puede estar configurado para transmitir señales de control adecuadas al/a los módulo(s) de conmutación 142 para controlar el flujo de potencia entre el enlace de CC 136 y el dispositivo de almacenamiento 144, tal como controlando el/los módulo(s) de conmutación 142 de una manera que extraiga potencia del enlace de CC 136 cuando sea necesario para evitar condiciones de sobretensión y controlando el/los módulo(s) de conmutación 142 de una manera que extraiga potencia del dispositivo de almacenamiento 144 cuando se desee suministrar potencia al enlace de CC 136. De forma similar, durante el funcionamiento en el modo de freno dinámico, el controlador 174 puede estar configurado para transmitir señales de control adecuadas al/a los módulo(s) de conmutación 142 con el fin de regular la tensión de enlace de CC controlando la conexión entre el enlace de CC 136 y el elemento resistivo 146.
[0029] Además, el controlador 174 puede estar configurado para transmitir señales de control adecuadas (por ejemplo, consignas de conmutación) con el fin de ajustar la posición del conmutador selector 140, alternando así el modo operativo del sistema 100 entre el modo de almacenamiento/descarga de potencia y el modo de freno dinámico. Como se indicó anteriormente, en varios modos de realización, el sistema 100 divulgado puede estar configurado para transmitir potencia al dispositivo de almacenamiento 144 como el medio principal para regular la tensión de enlace de CC, donde el freno dinámico cumple una función de respaldo. En dichos modos de realización, el conmutador selector 140 puede estar configurado para colocarse (por ejemplo, en una primera posición 150 (figuras 3-6)) de modo que el/los módulo(s) de conmutación 142 se acoplen de la forma habitual al dispositivo de almacenamiento 144. Sin embargo, si se determina que el dispositivo de almacenamiento 144 ha fallado y/o existe cualquier otra incidencia con la transmisión de potencia al dispositivo de almacenamiento 144, el controlador 174 puede estar configurado para transmitir una señal de control al conmutador selector 140 con el fin de cambiar el funcionamiento del sistema 100 al modo de freno dinámico, permitiendo así que la potencia se disipe, cuando sea necesario, desde el enlace de CC 136 por medio del elemento resistivo 146.
[0030] Como alternativa al control automático del conmutador selector 140, el conmutador 140 puede estar configurado para hacerse funcionar manualmente. En un modo de realización de este tipo, si se determina que el dispositivo de almacenamiento 144 ha fallado y/o existe cualquier otra incidencia en la transmisión de potencia al dispositivo de almacenamiento 144, se puede permitir que una persona de mantenimiento u otro personal ajuste manualmente el conmutador selector 140 con el fin de cambiar el funcionamiento del sistema al modo de freno dinámico.
[0031] En referencia ahora a las figuras 3-6, de acuerdo con aspectos de la presente materia, se ilustran vistas esquemáticas de varias configuraciones diferentes de disposiciones eléctricas para hacer funcionar el sistema 100 divulgado en el modo de almacenamiento/descarga de potencia o el modo de freno dinámico. Como se muestra en las figuras 3-6, el conmutador selector 140 puede estar configurado, en general, para conmutar entre una primera posición (indicada en el punto 150) asociada al dispositivo de almacenamiento 144 y una segunda posición (indicada en el punto 151) asociada al elemento resistivo 146. En un modo de realización de este tipo, colocando el conmutador selector 140 en la primera posición 150, el dispositivo de almacenamiento 144 puede acoplarse al/a los módulo(s) de conmutación 142, permitiendo así que la potencia se dirija entre el enlace de CC 136 y el dispositivo de almacenamiento 144 controlando el funcionamiento del/de los módulo(s) de conmutación 142. De forma similar, colocando el conmutador selector 140 en la segunda posición 151, el elemento resistivo 146 puede acoplarse al/a los módulo(s) de conmutación 142, permitiendo así que se disipe potencia del enlace de CC 136 por medio del elemento resistivo 146 controlando el funcionamiento del/de los módulo(s) de conmutación 142.
[0032] Además, como se indicó anteriormente, el sistema 100 puede incluir, en general, cualquier número de módulos de conmutación 142 acoplados entre el enlace de CC 136 y el conmutador selector 142, donde cada módulo de conmutación 142 incluye un elemento de conmutación 148 (por ejemplo, un IGBT) y un diodo asociado 152 (por ejemplo, un diodo antiparalelo). Por ejemplo, como se muestra en las figuras 3 y 4, el sistema 100 puede incluir una pluralidad de módulos de conmutación 142 (por ejemplo, un primer módulo de conmutación 142a y un segundo módulo de conmutación 142b) acoplados entre el enlace de CC 136 y el conmutador selector 140. Específicamente, como se muestra en la figura 3, el primer y segundo módulos de conmutación 142a, 142b están acoplados entre el enlace de CC 126 y el conmutador selector 140 de modo que un bus positivo 139 del enlace de CC 136 se aplica directamente al dispositivo de almacenamiento 144. De forma alternativa, como se muestra en la figura 4, el primer y segundo módulos de conmutación 142a, 142b están acoplados entre el enlace de CC 126 y el conmutador selector 140 de modo que un bus negativo 137 del enlace de CC 136 se aplica directamente al dispositivo de almacenamiento 144. Se debe apreciar que, configurando el sistema 100 para que incluya dos o más módulos de conmutación 142 acoplados entre el enlace de CC 126 y el conmutador selector 140, los módulos de conmutación 142 pueden configurarse para funcionar como un convertidor de CC a CC bidireccional, proporcionándose así un flujo de potencia bidireccional entre el enlace de CC 136 y el dispositivo de almacenamiento 144 para cargar y descargar el dispositivo de almacenamiento 144.
[0033] De forma alternativa, como se muestra en las figuras 5 y 6, el sistema 100 puede incluir un único módulo de conmutación 142 acoplado entre el enlace de CC 136 y el conmutador selector 140, tal como acoplando el elemento de conmutación 148 del módulo 142 entre un bus negativo 137 del enlace de CC 136 y el conmutador selector 140 (como se muestra en la figura 3) o entre un bus positivo 139 del enlace de CC 136 y el conmutador selector 140 (como se muestra en la figura 4). En dichos modos de realización, el módulo de conmutación 142 solo puede configurarse para funcionar como un convertidor de CC a CC unidireccional con el fin de proporcionar un flujo de potencia desde el enlace de CC 136 al dispositivo de almacenamiento 144, permitiendo así la carga del dispositivo 144.
[0034] Además, como se muestra en las figuras 3-6, el sistema 100 divulgado también puede incluir un filtro 153 asociado al dispositivo de almacenamiento 144. El filtro 153 puede estar configurado, en general, para evitar daños en el dispositivo de almacenamiento 144 eliminando los armónicos del sistema y/o cualquier otro parámetro del sistema que cambie rápidamente. Se debe apreciar que el filtro 153 puede corresponder, en general, a cualquier filtro adecuado conocido en la técnica. Por ejemplo, en un modo de realización, el filtro 152 puede comprender una combinación de inductores, condensadores y/o resistencias.
[0035] En referencia ahora a la figura 7, de acuerdo con aspectos de la presente materia, se ilustra un diagrama de flujo de un modo de realización de un procedimiento 200 para hacer funcionar un sistema de generación de potencia en un modo de almacenamiento/descarga de batería o un modo de freno dinámico. En general, el procedimiento 200 se describirá en el presente documento implementándose mediante el uso de un sistema de turbina eólica, tal como el sistema de turbina eólica 100 descrito anteriormente con referencia a las figuras 2-6. Sin embargo, se debe apreciar que el procedimiento 200 divulgado puede implementarse usando cualquier otro sistema de generación de potencia adecuado que esté configurado para suministrar potencia para su aplicación a una carga. Además, aunque la figura 7 representa las etapas realizadas en un orden particular con fines de ilustración y análisis, los procedimientos descritos en el presente documento no se limitan a ningún orden o disposición particular. Un experto en la técnica, usando las divulgaciones proporcionadas en el presente documento, apreciará que se pueden omitir, reorganizar, combinar y/o adaptar diversas etapas de los procedimientos de diversas maneras.
[0036] En (202), el procedimiento 200 incluye hacer funcionar un convertidor de potencia del sistema de generación de potencia. En varios modos de realización, el convertidor de potencia puede estar acoplado a un generador accionado por viento 120 (por ejemplo, un DFIG) y estar configurado como un convertidor de potencia de dos fases 162 que incluye un convertidor en el lado de rotor 166 y un convertidor en el lado de línea 168 acoplados entre sí por un enlace de CC 136. Sin embargo, en otros modos de realización, el convertidor de potencia se puede acoplar a cualquier otra fuente de potencia adecuada y puede tener cualquier otra configuración adecuada.
[0037] En (204), el procedimiento 200 incluye acoplar selectivamente al menos un módulo de conmutación a uno de un dispositivo de almacenamiento o un elemento resistivo del sistema de generación de energía. Por ejemplo, en varios modos de realización, el sistema de generación de potencia 100 puede incluir un conmutador selector 140 y uno o más módulos de conmutación 142 acoplados entre el conmutador selector 140 y el enlace de CC 136 del convertidor de potencia 162. En dichos modos de realización, el conmutador selector 150 puede estar configurado para acoplar selectivamente el/los módulo(s) de conmutación 142 al dispositivo de almacenamiento 144 o al elemento resistivo 146, tal como moviendo el conmutador selector 140 a una primera posición 150 asociada al dispositivo de almacenamiento 144 o una segunda posición 151 asociada al elemento resistivo 146. En (206), el procedimiento 200 incluye controlar el funcionamiento del/de los módulo(s) de conmutación 142 para regular un flujo de potencia entre el enlace de CC y el dispositivo de almacenamiento o el elemento resistivo. Por ejemplo, como se indicó anteriormente, cuando el sistema 100 está funcionando en el modo de almacenamiento/descarga de potencia, el/los módulo(s) de conmutación 142 puede(n) controlarse de una manera
que regule tanto la dirección del flujo como el nivel de tensión de la potencia que fluye entre el enlace de CC 136 y el dispositivo de almacenamiento 144. De forma similar, cuando el sistema 100 está funcionando en el modo de freno dinámico, el/los módulo(s) de conmutación 142 puede(n) controlarse de una manera que regule la cantidad de potencia disipada desde el enlace de CC 136 controlando la conexión del enlace de CC 136 al elemento resistivo 146.
[0038] Se debe apreciar que, aunque la presente materia se ha descrito, en general, en el presente documento con referencia a un sistema 100 capaz de funcionar tanto en un modo de almacenamiento/descarga de potencia como en un modo de freno dinámico, el sistema 100 solo puede configurarse, en modos de realización alternativos, para funcionar en el modo de almacenamiento/descarga de potencia. En dichos modos de realización, el/los módulo(s) de conmutación 142 divulgado(s) puede(n) acoplarse entre el enlace de CC 136 y el dispositivo de almacenamiento 144 sin necesidad del conmutador selector 140 y del elemento resistivo 146. El/los módulo(s) de conmutación 142 puede(n) entonces controlarse de una manera que permita que se extraiga potencia del enlace de CC 136 y se almacene dentro del dispositivo de almacenamiento 144 durante eventos transitorios y se extraiga del dispositivo de almacenamiento 144 y se dirija al enlace de CC 136 cuando se necesita potencia adicional dentro del enlace de CC 136.
[0039] Esta descripción escrita usa ejemplos para representar la invención, incluyendo el modo preferente, y también para permitir que cualquier experto en la técnica ponga en práctica la invención, incluyendo la fabricación y el uso de cualquier dispositivo o sistema y la realización de cualquier procedimiento incorporado. El alcance patentable de la invención se define por las reivindicaciones y puede incluir otros ejemplos concebidos por los expertos en la técnica. Se pretende que dichos otros ejemplos estén dentro del alcance de las reivindicaciones si incluyen elementos estructurales que no difieran del lenguaje literal de las reivindicaciones o si incluyen elementos estructurales equivalentes con diferencias insustanciales del lenguaje literal de las reivindicaciones.
Claims (13)
1. Un sistema para hacer funcionar un sistema de generación de potencia (100) en un modo de almacenamiento/descarga de batería o un modo de freno dinámico, comprendiendo el sistema:
un convertidor de potencia (162) que incluye un convertidor en el lado de rotor (166), un convertidor en el lado de línea (168) y un enlace de CC (126, 136) acoplado entre los convertidores en el lado de rotor y en el lado de línea (166, 168), estando configurado el convertidor en el lado de rotor (166) para convertir potencia de CA en potencia de CC y estando configurado el convertidor en el lado de línea (168) para convertir potencia de CC en potencia de CA; en el que:
un conmutador selector (140) acoplado al enlace de CC (126, 136);
un módulo de conmutación (142) acoplado entre el conmutador selector (140) y el enlace de CC (126, 136), estando configurado el conmutador selector (140) para acoplar selectivamente el módulo de conmutación (142) a uno de un dispositivo de almacenamiento (144) o un elemento resistivo (146) del sistema de generación de potencia (100);
en el que el conmutador selector (140) se puede mover entre una primera posición, en la que el módulo de conmutación (142) está acoplado al dispositivo de almacenamiento (144) de modo que pueda dirigirse potencia entre el enlace de CC (126, 136) y el dispositivo de almacenamiento (144) por medio del control del módulo de conmutación (142), y una segunda posición, en la que el módulo de conmutación (142) está acoplado al elemento resistivo (146) de modo que pueda dirigirse potencia entre el enlace de CC (126, 136) y el elemento resistivo (146) por medio del control del módulo de conmutación (142);
en el que, cuando el conmutador selector (140) está en la primera posición, el módulo de conmutación (142) está configurado para funcionar como un convertidor de c C a CC para controlar el flujo de potencia desde el enlace de CC al dispositivo de almacenamiento (144),
y en el que, cuando el conmutador selector (140) está en la segunda posición, el módulo de conmutación (142) está configurado para funcionar como un troceador de freno para el elemento resistivo (146).
2. El sistema de la reivindicación 1, que comprende además una pluralidad de módulos de conmutación (142) acoplados entre el conmutador selector (140) y el enlace de CC (126, 136), en el que, cuando el conmutador selector (140) está en la primera posición, la pluralidad de módulos de conmutación (142) está configurada para funcionar como un convertidor de CC a CC bidireccional para controlar el flujo de potencia hacia y desde el dispositivo de almacenamiento (144).
3. El sistema de cualquier reivindicación precedente, en el que el módulo de conmutación (142) comprende un elemento de conmutación (148) acoplado entre el enlace de CC (126, 136) y el conmutador selector y un diodo (152) asociado al elemento de conmutación (148).
4. El sistema de cualquier reivindicación precedente, en el que el dispositivo de almacenamiento (144) comprende al menos una batería.
5. El sistema de cualquier reivindicación precedente, que comprende además un filtro (152, 153) asociado al dispositivo de almacenamiento (144).
6. Un procedimiento (200) para hacer funcionar un sistema de generación de potencia (100) en un modo de almacenamiento/descarga de batería o un modo de freno dinámico, comprendiendo el procedimiento:
hacer funcionar (202) un convertidor de potencia (162) del sistema de generación de potencia, incluyendo el convertidor de potencia un convertidor en el lado de rotor (166), un convertidor en el lado de línea (168) y un enlace de CC (126, 136) acoplado entre los convertidores en el lado de rotor y en el lado de línea (166, 168), estando configurado el convertidor en el lado de rotor (166) para convertir potencia de CA en potencia de CC y estando configurado el convertidor en el lado de línea (168) para convertir potencia de CC en potencia de CA;
acoplar selectivamente (204), por medio de un conmutador selector (140), un módulo de conmutación (142) a uno de un dispositivo de almacenamiento (144) o un elemento resistivo (146) del sistema de generación de potencia, estando acoplado el módulo de conmutación entre el conmutador selector (140) y el enlace de CC; y
controlar (206) el módulo de conmutación para regular un flujo de potencia entre el enlace de CC y el uno del dispositivo de almacenamiento (144) o el elemento resistivo (146).
7. El procedimiento (200) de la reivindicación 6, en el que acoplar selectivamente el módulo de conmutación (142) a uno del dispositivo de almacenamiento (144) o al elemento resistivo (146) comprende mover un conmutador selector (140) a una primera posición para acoplar el módulo de conmutación (142) al dispositivo de almacenamiento (144).
8. El procedimiento (200) de la reivindicación 6 o la reivindicación 7, en el que controlar el módulo de conmutación (142) para regular el flujo de potencia entre el enlace de c C y uno del dispositivo de almacenamiento (144) o el elemento resistivo (146) comprende controlar el módulo de conmutación (142) de una manera que dirija potencia desde el enlace de CC (126, 136) al dispositivo de almacenamiento o desde el dispositivo de almacenamiento al enlace de CC.
9. El procedimiento (200) de cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, en el que acoplar selectivamente el módulo de conmutación (142) a uno del dispositivo de almacenamiento (144) o el elemento resistivo (146) comprende mover un conmutador selector a una segunda posición para acoplar el módulo de conmutación al elemento resistivo.
10. El procedimiento (200) de cualquiera de las reivindicaciones 6 a 9, en el que controlar el módulo de conmutación (142) para regular el flujo de potencia entre el enlace de CC (126, 136) y el uno del dispositivo de almacenamiento (144) o el elemento resistivo (146) comprende controlar el módulo de conmutación de una manera que dirija potencia desde el enlace de CC al elemento resistivo.
11. Un sistema de generación de potencia que es un sistema de turbina eólica, que comprende:
un generador accionado por viento y el sistema de la reivindicación 1 para hacer funcionar el sistema de generación de potencia.
12. El sistema de turbina eólica (10) de la reivindicación 11, que comprende además una pluralidad de módulos de conmutación (142) acoplados entre el conmutador selector (140) y el enlace de CC, en el que, cuando el conmutador selector está en la primera posición, la pluralidad de módulos de conmutación están configurados para funcionar como un convertidor de Ce a CC bidireccional para controlar el flujo de potencia hacia y desde el dispositivo de almacenamiento.
13. El sistema de turbina eólica (10) de la reivindicación 11 o la reivindicación 12, en el que, cuando el conmutador selector (140) está en la primera posición, el módulo de conmutación está configurado para funcionar como un convertidor de CC a CC para controlar el flujo de potencia desde el enlace de CC (126, 136) al dispositivo de almacenamiento (144).
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