ES2897440T3 - Sistema y procedimiento para controlar tensión de un enlace de CC de un convertidor de potencia de un sistema de potencia eléctrica - Google Patents

Abstract

Un procedimiento para controlar tensión de un enlace de CC (244) de un convertidor de potencia (210) de un sistema de potencia eléctrica (200) conectado a una red eléctrica (242), comprendiendo el procedimiento: hacer funcionar el enlace de CC (244) a una consigna de tensión óptima que logra un funcionamiento en régimen estacionario del convertidor de potencia (210); monitorizar la red eléctrica (242) en busca de uno o más eventos transitorios, siendo el uno o más eventos transitorios un indicador de una o más condiciones de interacción de control subsíncrona, SSCI, que se producen en el sistema de potencia eléctrica (200); tras una detección del uno o más eventos transitorios que se producen en la red eléctrica (242), incrementar de inmediato la consigna de tensión óptima hasta una consigna de tensión más alta del enlace de CC (244); y, hacer funcionar el enlace de CC (244) a la consigna de tensión más alta hasta que la una o más interacciones de control subsíncronas se amortiguan, optimizándose de este modo un control de unas oscilaciones subsíncronas.

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema y procedimiento para controlar tensión de un enlace de CC de un convertidor de potencia de un sistema de potencia eléctrica

Campo

[0001] La presente divulgación se refiere en general a sistemas de potencia eléctrica y, más en particular, a un sistema y procedimiento para controlar la tensión de un enlace de CC de un convertidor de potencia para un sistema de potencia eléctrica, tal como un sistema de potencia de turbina eólica.

Antecedentes

[0002] La energía eólica se considera una de las fuentes de energía más limpias y respetuosas con el medio ambiente actualmente disponibles, y a este respecto se ha incrementado la atención atraída por las turbinas eólicas. Una turbina eólica moderna típicamente incluye una torre, un generador, una multiplicadora, una góndola y una o más palas de rotor. Las palas de rotor captan energía cinética del viento usando principios aerodinámicos conocidos. Por ejemplo, las palas de rotor típicamente tienen el perfil en sección transversal de un perfil aerodinámico de modo que, durante el funcionamiento, el aire fluye sobre la pala produciendo una diferencia de presión entre los lados. En consecuencia, una fuerza de sustentación, que se dirige desde un lado de presión hacia un lado de succión, actúa sobre la pala. La fuerza de sustentación genera un par de torsión en el eje de rotor principal, que se engrana con el generador para producir electricidad.

[0003] Más específicamente, la multiplicadora multiplica la velocidad de rotación inherentemente baja del rotor para que el generador convierta de manera eficaz la energía mecánica de rotación en energía eléctrica, que se introduce en una red de suministro por medio de al menos una conexión eléctrica. También existen turbinas eólicas de accionamiento directo sin multiplicadora.

[0004] Algunas configuraciones de turbina eólica incluyen generadores asíncronos de doble alimentación (DFAG). Dichas configuraciones también pueden incluir convertidores de potencia que se usan para convertir una frecuencia de potencia eléctrica generada en una frecuencia sustancialmente similar a una frecuencia de red de suministro. Además, dichos convertidores, junto con el DFAG, también transmiten potencia eléctrica entre la red de suministro y el generador, además de transmitir potencia de excitación del generador a un rotor de generador bobinado desde una de las conexiones a la red de suministro eléctrico. Por ejemplo, el documento US 2018/026563 A1 describe un circuito de potencia eléctrica conectado a una red eléctrica y un procedimiento de funcionamiento del mismo. El circuito de potencia eléctrica tiene un convertidor de potencia acoplado eléctricamente a un generador, tal como un generador de inducción de doble alimentación, que tiene un rotor y un estátor. Por tanto, el procedimiento incluye hacer funcionar conexiones de rotor del generador en una configuración de estrella durante un primer intervalo de operación de velocidad de rotor. Además, el procedimiento incluye monitorizar una velocidad de rotor del rotor del generador. Por tanto, el procedimiento también incluye hacer una transición de las conexiones de rotor del rotor desde la configuración de estrella hasta una configuración delta si la velocidad del rotor cambia a un segundo intervalo de operación de velocidad de rotor. De forma alternativa, algunas configuraciones de turbina eólica incluyen, sin limitación, tipos alternativos de generadores de inducción, generadores síncronos de imanes permanentes (PM), generadores síncronos excitados eléctricamente y generadores de reluctancia conmutada. Estas configuraciones alternativas también pueden incluir convertidores de potencia que se usan para convertir las frecuencias como se describe anteriormente y transmitir potencia eléctrica entre la red de suministro y el generador.

[0005] Al menos algunas redes de suministro eléctrico conocidas incluyen una o más líneas de transmisión compensadas en serie. Las interacciones de control subsíncronas (SSCI) son un fenómeno que se produce cuando los controles del convertidor electrónico de potencia interactúan con dichas líneas de transmisión compensadas en serie. Estas interacciones a veces pueden dar lugar a inestabilidades de control si los sistemas de control no se sintonizan apropiadamente o si no se mantiene el margen de control del convertidor de potencia en los sistemas de control sintonizados apropiadamente.

[0006] En consecuencia, la presente divulgación está dirigida a sistemas y procedimientos para optimizar la utilización de tensión de CC para sistemas de potencia eléctrica, tales como sistemas de potencia de turbina eólica, para abordar los problemas mencionados anteriormente.

[0007] La invención está definida mediante las reivindicaciones independientes.

Breve descripción

[0008] En un aspecto, la presente divulgación está dirigida a un procedimiento para controlar la tensión de un enlace de CC de un convertidor de potencia de un sistema de potencia eléctrica conectado a una red eléctrica, tal como un sistema de potencia de turbina eólica. El procedimiento incluye hacer funcionar el enlace de CC a una consigna de tensión óptima que logra el funcionamiento en régimen estacionario del convertidor de potencia. Además, el procedimiento incluye monitorizar la red eléctrica en busca de uno o más eventos transitorios. Más específicamente, el (los) evento(s) transitorio(s) puede(n) ser un indicador de una o más condiciones de interacción de control subsíncrona (SSCI) que se producen en el sistema de potencia eléctrica. Tras la detección del (de los) evento(s) transitorio(s) que se produce(n) en la red eléctrica, el procedimiento también incluye incrementar de inmediato la consigna de tensión óptima hasta una consigna de tensión más alta del enlace de CC. Además, el procedimiento incluye hacer funcionar el enlace de CC a la consigna de tensión más alta hasta que se amortigua(n) la(s) interacción(es) de control subsíncrona(s), optimizando de este modo el control de tensión del enlace de CC. En consecuencia, el procedimiento de la presente divulgación también está configurado para incrementar un margen de control de tensión disponible del convertidor de potencia durante la(s) condición(es) de SSCI.

[0009] En un modo de realización, incrementar de inmediato la consigna de tensión óptima hasta la instrucción de tensión más alta del enlace de CC puede incluir determinar una consigna de tensión para la consigna de tensión óptima del enlace de CC y aplicar la instrucción de tensión a la consigna de tensión óptima para permitir que la instrucción de tensión óptima se incremente hacia la consigna de tensión más alta. En dichos modos de realización, la consigna de tensión puede incluir una tasa de cambio de tensión y/o un valor de tensión.

[0010] En otro modo de realización, determinar la instrucción de tensión para la consigna de tensión óptima del enlace de CC puede incluir recibir una o más salidas de regulador de corriente de CC de rotor y determinar si la una o más salidas de regulador de corriente de CC de rotor están por encima de un umbral predeterminado. En otros modos de realización, el procedimiento puede incluir incrementar de inmediato la consigna de tensión óptima hasta la consigna de tensión más alta del enlace de CC si la(s) salida(s) de regulador de corriente de CC de rotor está(n) por encima de un umbral predeterminado.

[0011] En modos de realización adicionales, recibir la una o más salidas de regulador de corriente de CC de rotor puede incluir recibir componentes reales e imaginarias de la una o más salidas de regulador de corriente de CC de rotor. En otro modo de realización, determinar la instrucción de tensión para la consigna de tensión óptima del enlace de CC también puede incluir aplicar un procedimiento de suma de raíces cuadradas a las componentes reales e imaginarias de la(s) salida(s) de regulador de corriente CC de rotor para determinar una magnitud de las componentes reales e imaginarias de la(s) salida(s) de regulador de corriente de CC de rotor.

[0012] En varios modos de realización, determinar la instrucción de tensión para la consigna de tensión óptima del enlace de CC puede incluir filtrar la magnitud de las componentes reales e imaginarias de la(s) salida(s) de regulador de corriente de CC de rotor usando un filtro de paso bajo.

[0013] En otro modo de realización, determinar la instrucción de tensión para la consigna de tensión óptima del enlace de CC puede incluir aplicar una función de histéresis a la magnitud filtrada de las componentes reales e imaginarias de la una o más salidas de regulador de corriente de CC de rotor.

[0014] Aún en otros modos de realización, el procedimiento puede incluir, tras una detección del uno o más eventos transitorios que se producen en la red eléctrica, incrementar de inmediato un límite de índice de modulación del convertidor de potencia.

[0015] En otro aspecto, la presente divulgación está dirigida a un procedimiento para controlar la tensión de un enlace de CC de un convertidor de potencia de un sistema de potencia eléctrica conectado a una red eléctrica. El procedimiento incluye hacer funcionar el enlace de CC a una consigna de tensión óptima que logra el funcionamiento en régimen estacionario del convertidor de potencia. Además, el procedimiento incluye monitorizar la red eléctrica en busca de uno o más eventos transitorios. Más específicamente, el (los) evento(s) transitorio(s) puede(n) ser un indicador de una o más condiciones de interacción de control subsíncrona (SSCI) que se producen en el sistema de potencia eléctrica. Tras la detección del uno o más eventos transitorios que se producen en la red eléctrica, el procedimiento incluye limitar una contribución de componentes de frecuencia no relacionadas con SSCI a un margen de control de tensión del convertidor de potencia hasta que la(s) interacción(es) de control subsíncrona(s) se amortigua(n), optimizando de este modo un margen de control disponible durante la una o más condiciones de SSCI.

[0016] Aún en otro aspecto, la presente divulgación está dirigida a un sistema de potencia eléctrica conectado a una red eléctrica. El sistema de potencia eléctrica incluye un generador asíncrono de doble alimentación (DFAG) y un convertidor de potencia acoplado al DFAG. El convertidor de potencia está configurado para convertir una frecuencia de potencia eléctrica generada en el DFAG en una frecuencia sustancialmente similar a una frecuencia de la red eléctrica. Además, el convertidor de potencia incluye un convertidor de lado de rotor, un convertidor de lado de línea, un enlace de CC y un módulo de control que tiene un dispositivo de amortiguamiento de corriente. El módulo de control está configurado para realizar una o más operaciones, que incluyen pero no se limitan a hacer funcionar el enlace de CC a una consigna de tensión óptima que logra un funcionamiento en régimen estacionario del convertidor de potencia, tras detectar uno o más eventos transitorios que se producen en la red eléctrica, incrementando de inmediato un límite de índice de modulación del convertidor de potencia, siendo el uno o más eventos transitorios un indicador de una o más condiciones de interacción de control subsíncronas (SSCI) que se producen en el sistema de potencia eléctrica, y haciendo funcionar el convertidor de potencia en el límite de índice de modulación incrementado hasta que la una o más condiciones de SSCI se amortiguan, optimizando de este modo el control de las oscilaciones subsíncronas. Se debe entender que el sistema de potencia de turbina eólica puede incluir además cualquiera de las características adicionales como se describe en el presente documento.

[0017] Estas y otras características, aspectos y ventajas de la presente invención se entenderán mejor con referencia a la siguiente descripción y reivindicaciones adjuntas. Los dibujos adjuntos, que se incorporan a y forman parte de esta memoria descriptiva, ilustran modos de realización de la invención y, junto con la descripción, sirven para explicar los principios de la invención.

Breve descripción de los dibujos

[0018] Una descripción completa y habilitante de la presente invención, que incluye el mejor modo de la misma, dirigida a un experto en la técnica, se expone en la memoria descriptiva, que hace referencia a las figuras adjuntas, en las que:

la FIG. 1 ilustra una vista en perspectiva de un modo de realización de una parte de una turbina eólica de acuerdo con la presente divulgación;

la FIG. 2 ilustra una vista esquemática de un modo de realización de un sistema eléctrico y de control de acuerdo con la presente divulgación que se puede usar con la turbina eólica mostrada en la FIG. 1; la FIG. 3 ilustra un diagrama de bloques de un modo de realización de un sistema de convertidor de potencia de acuerdo con la presente divulgación que se puede usar con el sistema eléctrico y de control mostrado en la FIG. 2;

la FIG. 4 ilustra un diagrama de bloques de un modo de realización de un módulo de control de convertidor de rotor de acuerdo con la presente divulgación que se puede usar con el sistema de convertidor de potencia mostrado en la FIG. 3;

la FIG. 5 ilustra un diagrama de bloques de un modo de realización de un dispositivo de amortiguamiento de corriente de acuerdo con la presente divulgación que se puede usar con el módulo de control de convertidor de rotor mostrado en la FIG. 4;

la FIG. 6 ilustra un diagrama de flujo de un modo de realización de un procedimiento para controlar la tensión de un enlace de CC de un convertidor de potencia de un sistema de potencia eléctrica conectado a una red eléctrica de acuerdo con la presente divulgación;

la FIG. 7 ilustra una vista esquemática de un modo de realización de un módulo de detección de SSCI de acuerdo con la presente divulgación que se puede usar con el módulo de control de convertidor de rotor mostrado en la FIG. 4; y

la FIG. 8 ilustra un diagrama de flujo de otro modo de realización de un procedimiento para controlar la tensión de un enlace de CC de un convertidor de potencia de un sistema de potencia eléctrica conectado a una red eléctrica de acuerdo con la presente divulgación.

Descripción detallada

[0019] Se hará ahora referencia en detalle a unos modos de realización de la invención, uno o más ejemplos de los cuales se ilustran en los dibujos. Cada ejemplo se proporciona a modo de explicación de la invención, no como limitación de la invención.

[0020] En referencia ahora a la FIG. 1, se ilustra una vista en perspectiva de una parte de una turbina eólica 100 ejemplar. Como se muestra, la turbina eólica 100 incluye una góndola 102 que aloja un generador (no mostrado en la FIG. 1). Además, como se muestra, la góndola 102 está montada en una torre 104 (una parte de la torre 104 se muestra en la FIG. 1). La torre 104 puede tener cualquier altura adecuada que facilita el funcionamiento de la turbina eólica 100 como se describe en el presente documento. La turbina eólica 100 también incluye un rotor 106 que incluye tres palas de rotor 108 unidas a un buje giratorio 110. De forma alternativa, la turbina eólica 100 puede incluir cualquier número de palas de rotor 108 que facilite el funcionamiento de la turbina eólica 100 como se describe en el presente documento. En un modo de realización, la turbina eólica 100 también puede incluir una multiplicadora (no mostrada en la FIG. 1) acoplada funcionalmente al rotor 106 y un generador (no mostrado en la FIG. 1).

[0021] En referencia ahora a la FIG. 2, se ilustra una vista esquemática de un modo de realización de un sistema eléctrico y de control 200 que se puede usar con la turbina eólica 100. Como se muestra, el rotor 106 incluye las palas de rotor 108 acopladas al buje 110. El rotor 106 también incluye un eje de baja velocidad 112 acoplado de forma rotatoria al buje 110. El eje de baja velocidad 112 está acoplado a una multiplicadora 114 que está configurada para multiplicar la velocidad de rotación del eje de baja velocidad 112 y transferir esa velocidad a un eje de alta velocidad 116. En modos de realización alternativos, la turbina eólica 100 puede incluir un generador de accionamiento directo que está acoplado de forma rotatoria al rotor 106 sin ninguna multiplicadora intermedia. Además, como se muestra, el eje de alta velocidad 116 está acoplado de forma rotatoria al generador 118. En otro modo de realización, el generador 118 puede ser un generador de inducción de doble alimentación (DFAG) de rotor bobinado trifásico (asíncrono), que incluye un estátor de generador 120 acoplado magnéticamente a un rotor de generador 122. En un modo de realización alternativo, el rotor de generador 122 puede incluir una pluralidad de imanes permanentes en lugar de devanados de rotor.

[0022] Aún en referencia a la FIG. 2, el sistema eléctrico y de control 200 también puede incluir un controlador de turbina 202. El controlador de turbina 202 puede incluir al menos un procesador y una memoria, al menos un canal de entrada de procesador, al menos un canal de salida de procesador, y puede incluir al menos un ordenador (ninguno mostrado en la FIG. 2). Como se usa en el presente documento, el término ordenador no se limita a circuitos integrados que en la técnica se denominan ordenador, sino que se refiere en términos generales a un procesador, un microcontrolador, un microordenador, un controlador lógico programable (PLC), un circuito integrado específico de la aplicación y otros circuitos programables (ninguno mostrado en la FIG. 2), y estos términos se usan de manera intercambiable en el presente documento. En un modo de realización, la memoria puede incluir, pero no se limita a, un medio legible por ordenador, tal como una memoria de acceso aleatorio (RAM) (ninguno mostrado en la FIG. 2). De forma alternativa, también se pueden usar uno o más dispositivos de almacenamiento, tales como un disquete, una memoria de solo lectura en disco compacto (CD-ROM), un disco magnetoóptico (MOD) y/o un disco versátil digital (DVD) (ninguno mostrado en la FIG. 2). Asimismo, en un modo de realización, unos canales de entrada adicionales (no mostrados en la FIG. 2) pueden ser, pero no se limitan a, periféricos de ordenador asociados a una interfaz de operador, tal como un ratón y un teclado (ninguno mostrado en la FIG. 2). Además, en un modo de realización, unos canales de salida adicionales pueden incluir, pero no se limitan a, un monitor de interfaz de operador (no mostrado en la FIG. 2).

[0023] Los procesadores para el controlador de turbina 202 están configurados para procesar información transmitida desde una pluralidad de dispositivos eléctricos y electrónicos que pueden incluir, pero no se limitan a, transductores de tensión y de corriente. La RAM y/o los dispositivos de almacenamiento almacenan y transfieren información e instrucciones que el procesador va a ejecutar. También se puede usar RAM y/o dispositivos de almacenamiento para almacenar y proporcionar variables temporales, información e instrucciones estáticas (es decir, que no cambian) u otra información intermedia a los procesadores durante la ejecución de instrucciones por los procesadores. Las instrucciones que se ejecutan incluyen, pero no se limitan a, algoritmos residentes de conversión y/o de comparación. La ejecución de secuencias de instrucciones no se limita a ninguna combinación específica de circuitos de hardware e instrucciones de software.

[0024] Aún en referencia a la FIG. 2, el estátor de generador 120 está acoplado eléctricamente a un conmutador de sincronización de estátor 206 por medio de un bus de estátor 208. En un modo de realización, para facilitar la configuración de un DFIG, el rotor de generador 122 puede estar acoplado eléctricamente a un conjunto de conversión de potencia bidireccional 210 por medio de un bus de rotor 212. De forma alternativa, el rotor de generador 122 puede estar acoplado eléctricamente al bus de rotor 212 por medio de cualquier otro dispositivo que facilita el funcionamiento del sistema 200 como se describe en el presente documento. Como otra alternativa, el sistema eléctrico y de control 200 puede estar configurado como un sistema de conversión de potencia total (no mostrado) conocido en la técnica, en el que un conjunto de conversión de potencia total (no mostrado en la FIG. 2), que es similar en diseño y funcionamiento al conjunto de conversión de potencia 210, está acoplado eléctricamente al estátor de generador 120, y dicho conjunto de conversión de potencia total facilita la canalización de potencia eléctrica entre el estátor de generador 120 y una red de transmisión y distribución de potencia eléctrica 213. En determinados modos de realización, el bus de estátor 208 transmite potencia trifásica desde el estátor de generador 120 al conmutador de sincronización de estátor 206. El bus de rotor 212 transmite potencia trifásica desde el rotor de generador 122 al conjunto de conversión de potencia 210. En otro modo de realización, el conmutador de sincronización de estátor 206 puede estar acoplado eléctricamente a un disyuntor de circuito de transformador principal 214 por medio de un bus de sistema 216. En un modo de realización alternativo, se usan uno o más fusibles (no mostrados) en lugar del disyuntor de circuito de transformador principal 214. En otro modo de realización, no se usan ni fusibles ni el disyuntor de circuito de transformador principal 214.

[0025] Además, como se muestra, el conjunto de conversión de potencia 210 incluye un filtro de rotor 218 que está acoplado eléctricamente al rotor de generador 122 por medio del bus de rotor 212. Un bus de filtro de rotor 219 acopla eléctricamente el filtro de rotor 218 a un convertidor de potencia de lado de rotor 220, y el convertidor de potencia de lado de rotor 220 está acoplado eléctricamente a un convertidor de potencia de lado de línea 222. El convertidor de potencia de lado de rotor 220 y el convertidor de potencia de lado de línea 222 son puentes de convertidor de potencia que incluyen semiconductores de potencia (no mostrados). En el modo de realización ilustrado, el convertidor de potencia de lado de rotor 220 y el convertidor de potencia de lado de línea 222 están configurados en una configuración de modulación por ancho de pulsos (PWM) trifásica que incluye dispositivos de conmutación de transistor bipolar de puerta aislada (IGBT) (no mostrados en la FIG. 2) que funcionan como es conocido en la técnica. De forma alternativa, el convertidor de potencia de lado de rotor 220 y el convertidor de potencia de lado de línea 222 pueden tener cualquier configuración que usa cualquier dispositivo de conmutación que facilita el funcionamiento del sistema 200 como se describe en el presente documento. Además, el conjunto de conversión de potencia 210 puede estar acoplado en comunicación electrónica de datos con el controlador de turbina 202 para controlar el funcionamiento del convertidor de potencia de lado de rotor 220 y del convertidor de potencia de lado de línea 222.

[0026] En otros modos de realización, un bus de convertidor de potencia de lado de línea 223 puede acoplar eléctricamente el convertidor de potencia de lado de línea 222 a un filtro de línea 224. Asimismo, como se muestra, un bus de línea 225 puede acoplar eléctricamente el filtro de línea 224 a un contactor de línea 226. Además, como se muestra, el contactor de línea 226 puede estar acoplado eléctricamente a un disyuntor de circuito de conversión 228 por medio de un bus de disyuntor de circuito de conversión 230. Además, el disyuntor de circuito de conversión 228 puede estar acoplado eléctricamente a un disyuntor de circuito de transformador principal 214 por medio de un bus de sistema 216 y un bus de conexión 232. De forma alternativa, el filtro de línea 224 puede estar acoplado eléctricamente al bus de sistema 216 directamente por medio del bus de conexión 232, en el que cualquier sistema de protección (no mostrado) está configurado para tener en cuenta la extracción del contactor de línea 226 y del disyuntor de circuito de conversión 228 del sistema 200. El disyuntor de circuito de transformador principal 214 puede estar acoplado eléctricamente a un transformador principal de potencia eléctrica 234 por medio de un bus de lado de generador 236. Además, el transformador principal 234 puede estar acoplado eléctricamente a un disyuntor de circuito de red 238 por medio de un bus de lado de disyuntor 240. El disyuntor de circuito de red 238 puede estar conectado a la red de transmisión y distribución de potencia eléctrica 213 por medio de un bus de red 242. En un modo de realización alternativo, el transformador principal 234 puede estar acoplado eléctricamente a uno o más fusibles (no mostrados), en lugar de al disyuntor de circuito de red 238, por medio del bus de lado de disyuntor 240. En otro modo de realización, no se utilizan ni fusibles ni el disyuntor de circuito de red 238, sino que el transformador principal 234 puede estar acoplado a la red de transmisión y distribución de potencia eléctrica 213 por medio del bus de lado de disyuntor 240 y del bus de red 242.

[0027] En otro modo de realización, el convertidor de potencia de lado de rotor 220 puede estar acoplado en comunicación eléctrica con el convertidor de potencia de lado de línea 222 por medio de un único enlace de corriente continua (CC) 244. De forma alternativa, el convertidor de potencia de lado de rotor 220 y el convertidor de potencia de lado de línea 222 pueden estar acoplados eléctricamente por medio de enlaces de CC individuales y separados (no mostrados en la FIG. 2). Además, como se muestra, el enlace de CC 244 puede incluir un carril positivo 246, un carril negativo 248 y al menos un condensador 250 acoplado entre el carril positivo 246 y el carril negativo 248. De forma alternativa, el condensador 250 puede incluir uno o más condensadores configurados en serie o en paralelo entre el carril positivo 246 y el carril negativo 248.

[0028] El controlador de turbina 202 también puede estar configurado para recibir una pluralidad de señales de medición de tensión y corriente eléctrica desde un primer conjunto de sensores de tensión y corriente eléctrica 252. Además, el controlador de turbina 202 puede estar configurado para monitorizar y controlar al menos algunas de las variables operativas asociadas a la turbina eólica 100. En modos de realización particulares, cada uno de los tres sensores de tensión y corriente eléctrica 252 puede estar acoplado eléctricamente a cada una de las tres fases del bus de red 242. De forma alternativa, los sensores de tensión y corriente eléctrica 252 están acoplados eléctricamente al bus de sistema 216. Como otra alternativa, los sensores de tensión y corriente eléctrica 252 pueden estar acoplados eléctricamente a cualquier parte del sistema 200 que facilita el funcionamiento del sistema 200 como se describe en el presente documento. Como aún otra alternativa, el controlador de turbina 202 está configurado para recibir cualquier número de señales de medición de tensión y corriente eléctrica desde cualquier número de los sensores de tensión y corriente eléctrica 252, incluyendo, pero sin limitarse a, una señal de medición de tensión y corriente eléctrica de un transductor.

[0029] Aún en referencia a la FIG. 2, el sistema 200 también incluye un controlador de convertidor 262 que está configurado para recibir una pluralidad de señales de medición de tensión y corriente eléctrica desde un segundo conjunto de sensores de tensión y corriente eléctrica 254 acoplados en comunicación electrónica de datos al bus de estátor 208, un tercer conjunto de señales de medición de tensión y corriente eléctrica desde un tercer conjunto de sensores de tensión y corriente eléctrica 256 acoplados en comunicación electrónica de datos al bus de rotor 212, y un cuarto conjunto de señales de medición de tensión y corriente eléctrica desde un cuarto conjunto de sensores de tensión y corriente eléctrica 264 acoplados en comunicación electrónica de datos al bus de disyuntor de circuito de conversión 230. El segundo conjunto de sensores de tensión y corriente eléctrica 254 puede ser sustancialmente similar al primer conjunto de sensores de tensión y corriente eléctrica 252, y el cuarto conjunto de sensores de tensión y corriente eléctrica 264 puede ser sustancialmente similar al tercer conjunto de sensores de tensión y corriente eléctrica 256. Además, el controlador de convertidor 262 puede ser sustancialmente similar al controlador de turbina 202 y puede estar acoplado en comunicación eléctrica de datos al controlador de turbina 202. Además, el controlador de convertidor 262 puede estar físicamente integrado dentro del conjunto de conversión de potencia 210. De forma alternativa, el controlador de convertidor 262 puede tener cualquier configuración que facilite el funcionamiento del sistema 200 como se describe en el presente documento.

[0030] En otro modo de realización, la red de transmisión y distribución de potencia eléctrica 213 puede incluir una o más líneas de transmisión 270 (mostrada solo una para mayor claridad) que están acopladas al bus de red 242 por medio de un acoplamiento de red 272. Las líneas de transmisión 270 y/o la red de transmisión y distribución de potencia eléctrica 213 pueden incluir uno o más elementos de compensación en serie 274, tales como uno o más condensadores, para facilitar una reducción de unas pérdidas de potencia reactiva dentro de las líneas de transmisión 270. Como se describe en el presente documento, los elementos de compensación en serie 274 pueden crear una o más resonancias subsíncronas dentro de la red de transmisión y distribución de potencia eléctrica 213. Además, las líneas de transmisión 270 y/o la red de transmisión y distribución de potencia eléctrica 213 también pueden incluir uno o más conmutadores 276 acoplados a cada elemento de compensación en serie 274. Los conmutadores 276 acoplan y desacoplan los elementos de compensación en serie 274 a y de la red de transmisión y distribución de potencia eléctrica 213, respectivamente, según se desee. Más específicamente, los conmutadores 276 se pueden abrir para acoplar los elementos de compensación en serie 274 a la red de transmisión y distribución de potencia eléctrica 213, y los conmutadores 276 también se pueden cerrar para desacoplar los elementos de compensación en serie 274 de la red de transmisión y distribución de potencia eléctrica 213. La red de transmisión y distribución de potencia eléctrica 213 puede estar acoplada funcionalmente a una o más cargas 278 para proporcionar potencia a las cargas 278.

[0031] Durante el funcionamiento, el viento incide en las palas de rotor 108 y las palas 108 transforman energía eólica en un par de torsión de rotación mecánico que acciona de forma rotatoria el eje de baja velocidad 112 por medio del buje 110. El eje de baja velocidad 112 acciona la multiplicadora 114 que posteriormente multiplica la baja velocidad de rotación del eje de baja velocidad 112 para accionar el eje de alta velocidad 116 a una velocidad de rotación incrementada. El eje de alta velocidad 116 acciona de forma rotatoria el rotor de generador 122. El rotor de generador 122 induce un campo magnético de rotación y se induce una tensión dentro del estátor de generador 120 que está acoplado magnéticamente al rotor de generador 122. El generador 118 convierte la energía mecánica de rotación en una señal de energía eléctrica de corriente alterna (CA) trifásica sinusoidal en el estátor de generador 120. La potencia eléctrica asociada se transmite al transformador principal 234 por medio del bus de estátor 208, el conmutador de sincronización de estátor 206, el bus de sistema 216, el disyuntor de circuito de transformador principal 214 y el bus de lado de generador 236. El transformador principal 234 multiplica la amplitud de tensión de la potencia eléctrica y la potencia eléctrica transformada se transmite además a la red de transmisión y distribución de potencia eléctrica 213 por medio del bus de lado de disyuntor 240, el disyuntor de circuito de red 238 y el bus de red 242.

[0032] En determinados modos de realización, se proporciona una segunda ruta de transmisión de potencia eléctrica. La potencia de CA eléctrica trifásica sinusoidal se genera dentro del rotor de generador 122 y se transmite al conjunto de conversión de potencia 210 por medio del bus de rotor 212. Dentro del conjunto de conversión de potencia 210, la potencia eléctrica se transmite al filtro de rotor 218, en el que la potencia eléctrica se modifica para la tasa de cambio de la tensión de salida asociada al convertidor de potencia de lado de rotor 220. El convertidor de potencia de lado de rotor 220 actúa como un rectificador y rectifica la potencia de CA trifásica sinusoidal en potencia de CC. La potencia de CC se transmite hasta el enlace de CC 244. El condensador 250 facilita la mitigación de las variaciones de amplitud de tensión del enlace de CC facilitando una mitigación de una ondulación de CC asociada a la rectificación de CA.

[0033] La potencia de CC se transmite posteriormente desde el enlace de CC 244 al convertidor de potencia de lado de línea 222, en el que el convertidor de potencia de lado de línea 222 actúa como un inversor configurado para convertir la potencia eléctrica de CC del enlace de CC 244 en potencia eléctrica de CA trifásica sinusoidal con tensiones, corrientes y frecuencias predeterminadas. Esta conversión se monitoriza y controla por medio del controlador de convertidor 262. La potencia de CA convertida se transmite desde el convertidor de potencia de lado de línea 222 hasta el bus de sistema 216 por medio del bus de convertidor de potencia de lado de línea 223 y el bus de línea 225, el contactor de línea 226, el bus de disyuntor de circuito de conversión 230, el disyuntor de circuito de conversión 228 y el bus de conexión 232. El filtro de línea 224 realiza una compensación o un ajuste por corrientes armónicas en la potencia eléctrica transmitida desde el convertidor de potencia de lado de línea 222. El conmutador de sincronización de estátor 206 está configurado para cerrarse para facilitar la conexión de la potencia trifásica del estátor de generador 120 con la potencia trifásica del conjunto de conversión de potencia 210.

[0034] El disyuntor de circuito de conversión 228, el disyuntor de circuito de transformador principal 214 y el disyuntor de circuito de red 238 están configurados para desconectar unos buses correspondientes, por ejemplo, cuando el flujo de corriente es excesivo y puede dañar los componentes del sistema 200. También se pueden proporcionar componentes de protección adicionales, que incluyen el contactor de línea 226, que se pueden controlar para formar una desconexión abriendo un conmutador (no mostrado en la FIG. 2) correspondiente a cada una de las líneas del bus de línea 225.

[0035] El conjunto de conversión de potencia 210 realiza una compensación o un ajuste de la frecuencia de la potencia trifásica del rotor de generador 122 por los cambios, por ejemplo, en la velocidad del viento en el buje 110 y las palas de rotor 108. Por lo tanto, de esta manera, las frecuencias mecánicas y eléctricas del rotor se desacoplan de la frecuencia del estátor.

[0036] En algunas condiciones, las características bidireccionales del conjunto de conversión de potencia 210, y específicamente, las características bidireccionales del convertidor de potencia de lado de rotor 220 y del convertidor de potencia de lado de línea 222 facilitan la retroalimentación de al menos una parte de la potencia eléctrica generada hasta el rotor de generador 122. Más específicamente, la potencia eléctrica se transmite desde el bus de sistema 216 al bus de conexión 232 y posteriormente a través del disyuntor de circuito de conversión 228 y el bus de disyuntor de circuito de conversión 230 hasta el conjunto de conversión de potencia 210. Dentro del conjunto de conversión de potencia 210, la potencia eléctrica se transmite a través del contactor de línea 226, el bus de línea 225 y el bus de convertidor de potencia de lado de línea 223 hasta el convertidor de potencia de lado de línea 222. El convertidor de potencia de lado de línea 222 actúa como un rectificador y rectifica la potencia de CA trifásica sinusoidal en potencia de CC. La potencia de CC se transmite hasta el enlace de CC 244. El condensador 250 facilita la mitigación de las variaciones de amplitud de tensión del enlace de CC 244 facilitando una mitigación de una ondulación de CC asociada a veces a una rectificación de CA trifásica.

[0037] La potencia de CC se transmite posteriormente desde el enlace de CC 244 hasta el convertidor de potencia de lado de rotor 220, en el que el convertidor de potencia de lado de rotor 220 actúa como un inversor configurado para convertir la potencia eléctrica de CC transmitida desde el enlace de CC 244 en una potencia eléctrica de CA trifásica sinusoidal con tensiones, corrientes y frecuencias predeterminadas. Esta conversión se monitoriza y controla por medio del controlador de convertidor 262. La potencia de CA convertida se transmite desde el convertidor de potencia de lado de rotor 220 al filtro de rotor 218 por medio del bus de filtro de rotor 219 y posteriormente se transmite al rotor de generador 122 por medio del bus de rotor 212, facilitando de este modo un funcionamiento subsíncrono.

[0038] El conjunto de conversión de potencia 210 está configurado para recibir señales de control desde el controlador de turbina 202. Las señales de control están basadas en condiciones detectadas o características operativas de la turbina eólica 100 y del sistema eléctrico y de control 200, recibidas por el controlador de turbina 202 y usadas para controlar el funcionamiento del conjunto de conversión de potencia 210. El sistema 200 puede usar la retroalimentación de los sensores para controlar el conjunto de conversión de potencia 210 por medio del controlador de convertidor 262, incluyendo, por ejemplo, las retroalimentaciones de tensión o corriente del bus de disyuntor de circuito de conversión 230, el bus de estátor y el bus de rotor por medio del segundo conjunto de sensores de tensión y corriente eléctrica 254, el tercer conjunto de sensores de tensión y corriente eléctrica 256 y el cuarto conjunto de sensores de tensión y corriente eléctrica 264. Usando esta información de retroalimentación y, por ejemplo, señales de control de conmutación, se pueden generar de cualquier manera conocida señales de control de conmutador de sincronización de estátor y señales de control (disparo) de disyuntor de circuito de sistema. Por ejemplo, para un transitorio de tensión de red con características predeterminadas, el controlador de convertidor 262 puede suspender sustancialmente al menos temporalmente la conducción por los IGBT dentro del convertidor de potencia de lado de línea 222. Dicha suspensión del funcionamiento del convertidor de potencia de lado de línea 222 puede mitigar sustancialmente la potencia eléctrica que se canaliza a través del conjunto de conversión de potencia 210 hasta aproximadamente cero.

[0039] En referencia ahora a la FIG. 3, se ilustra un diagrama esquemático de un modo de realización de un sistema de convertidor de potencia 300 que se puede usar con el sistema eléctrico y de control 200 (mostrado en la FIG. 2). Como se muestra, el sistema de convertidor de potencia 300 incluye un convertidor de potencia de lado de rotor 220 y el convertidor de potencia de lado de línea 222. Además, como se muestra, el sistema de convertidor de potencia 300 también incluye un regulador de par de torsión 302, un regulador de potencia reactiva 304, un bucle de enganche de fase (PLL) de sincronización 306 y un regulador de tensión de CC 308.

[0040] Así pues, el regulador de par de torsión 302 está configurado para transmitir una primera señal de instrucción de corriente de rotor 312 al convertidor de potencia de lado de rotor 220 y, más específicamente, a un módulo de control de convertidor de rotor 314 del mismo. En dichos modos de realización, la primera señal de instrucción de corriente de rotor 312 se puede usar para ajustar una corriente de rotor en base a una señal de instrucción de par de torsión de generador 316 deseada recibida desde el controlador de turbina 202 (mostrado en la FIG. 2). Además, como se muestra, el regulador de potencia reactiva 304 está configurado para recibir una señal de instrucción de tensión y potencia reactiva de estátor 318 desde el controlador de turbina 202 y transmitir una segunda señal de instrucción de corriente de rotor 320 al módulo de control de convertidor de rotor 314. Así pues, la segunda señal de instrucción de corriente de rotor 320 se puede usar para controlar un factor de potencia del generador 118 ajustando una relación de potencia real-potencia reactiva del generador 118. En determinados modos de realización, el regulador de par de torsión 302 y el regulador de potencia reactiva 304 se pueden alojar dentro del controlador de convertidor 262. En un modo de realización alternativo, el regulador de par de torsión 302 y/o el regulador de potencia reactiva 304 pueden estar alojados dentro de cualquier otro controlador adecuado, tal como el controlador de turbina 202.

[0041] El PLL de sincronización 306 está configurado para recibir una señal de retroalimentación de posición de rotor 322 desde un sensor de posición de rotor (no mostrado) y una señal de retroalimentación de tensión de estátor 324 desde el segundo conjunto de sensores de tensión y corriente eléctrica 254 (mostrado en la FIG.

2). Así pues, el PLL de sincronización 306 está configurado para determinar una señal de ángulo de transformación 326 y una señal de ángulo de referencia 328 que se pueden usar para transformar tensiones de rotor y corrientes de rotor entre dos o más tramas de referencia de señal, tales como una trama de referencia basada en tiempo y una trama de referencia basada en fasor. En un modo de realización, la señal de ángulo de transformación 326 y la señal de ángulo de referencia 328 se pueden usar para transformar tensiones de rotor y corrientes de rotor en uno o más fasores que incluyen componentes X e Y de las tensiones de rotor y/o las corrientes de rotor. Como se usa en el presente documento, una componente X se refiere a una componente real de un fasor, y una componente Y se refiere a una componente imaginaria de un fasor. La señal de ángulo de transformación 326 y la señal de ángulo de referencia 328 se pueden transmitir al módulo de control de convertidor de rotor 314 y a un módulo de control de convertidor de línea 330 que está situado dentro del convertidor de potencia de lado de línea 222. El regulador de tensión de CC 308 recibe una señal de referencia de tensión de CC 332 que se establece, por ejemplo, durante la puesta en servicio de la turbina eólica, y transmite una señal de instrucción de corriente de línea 334 al módulo de control de convertidor de línea 330. La señal de instrucción de corriente de línea 334 se usa para ajustar una tensión de CC del enlace de CC 244 (mostrado en la FIG. 2).

[0042] El módulo de control de convertidor de rotor 314 está acoplado a una matriz de conmutación de convertidor de rotor 336, y el módulo de control de convertidor de línea 330 está acoplado a una matriz de conmutación de convertidor de línea 338. En un modo de realización, la matriz de conmutación de convertidor de rotor 336 y la matriz de conmutación de convertidor de línea 338 incluyen una pluralidad de dispositivos de conmutación de IGBT (no mostrados) cada una. De forma alternativa, la matriz de conmutación de convertidor de rotor 336 y/o la matriz de conmutación de convertidor de línea 338 pueden incluir cualquier dispositivo de conmutación adecuado que permita que el convertidor de potencia de lado de rotor 220 y el convertidor de potencia de lado de línea 222 funcionen como se describe en el presente documento. En un modo de realización, el módulo de control de convertidor de rotor 314 y el módulo de control de convertidor de línea 330 pueden usar modulación por ancho de pulsos para controlar un ciclo de trabajo de una señal de control de conmutación de convertidor de rotor 340 y de una señal de control de conmutación de convertidor de línea 342, respectivamente. La señal de control de conmutación de convertidor de rotor 340 controla un comportamiento de conmutación de la matriz de conmutación de convertidor de rotor 336, y la señal de control de conmutación de convertidor de línea 342 controla un comportamiento de conmutación de la matriz de conmutación de convertidor de línea 338. De este modo, la matriz de conmutación de convertidor de rotor 336 y la matriz de conmutación de convertidor de línea 338 se pueden controlar para producir una o más características deseadas de tensión y/o corriente de rotor y/o estátor.

[0043] Aunque no se muestra en la FIG. 3, uno o más componentes de control del sistema de convertidor de potencia 300 pueden recibir una o más señales de retroalimentación para facilitar el mantenimiento de un funcionamiento adecuado del sistema de convertidor de potencia 300. Dichas señales de retroalimentación incluyen, sin limitación, una señal de tensión de CC, una señal de corriente de rotor trifásica (tal como del tercer conjunto de sensores de tensión y corriente eléctrica 256), una señal de corriente de estátor trifásica (tal como del segundo conjunto de sensores de tensión y corriente eléctrica 254), una señal de corriente de línea trifásica (tal como del cuarto conjunto de sensores de tensión y corriente eléctrica 264), una señal de tensión de estátor trifásica (tal como del segundo conjunto de sensores de tensión y corriente eléctrica 254), y/o una señal de posición de rotor.

[0044] En referencia ahora a la FIG. 4, se ilustra un diagrama esquemático de un modo de realización de un módulo de control de convertidor de rotor 314 que se puede usar con un sistema de convertidor de potencia 300 (mostrado en la FIG. 3). Como se muestra, el módulo de control de convertidor de rotor 314 incluye un módulo de transformación de corriente 402, un módulo de alimentación anticipada de impedancia 404, un módulo de regulador 406, un módulo de transformación de tensión 408 y un dispositivo de amortiguamiento de corriente 410.

[0045] Más específicamente, como se muestra, el módulo de transformación de corriente 402 recibe una señal de retroalimentación de corriente 412 que incluye mediciones de corriente del tercer conjunto de sensores de corriente eléctrica 256 (mostrado en la FIG. 2) de cada fase del bus de rotor 212. En un modo de realización, la señal de retroalimentación de corriente 412 puede incluir uno o más componentes de corriente de la red de transmisión y distribución de potencia eléctrica 213 por medio del sistema de convertidor de potencia 300 y/o por medio del generador 118. En un modo de realización, una o más componentes de corriente pueden incluir, por ejemplo, una o más componentes de frecuencia de corriente subsíncronas y/o una o más componentes de frecuencia de red que se ajustan sustancialmente a una frecuencia de red de transmisión y distribución de potencia eléctrica 213. El módulo de transformación de corriente 402 recibe la señal de ángulo de transformación 326 y transforma las corrientes instantáneas trifásicas de la señal de retroalimentación de corriente 412 en una trama de referencia basada en fasor. Por tanto, como se muestra, el módulo de transformación de corriente 402 transmite un fasor de retroalimentación de corriente 414 a un comparador de retroalimentación de corriente 416. El comparador de retroalimentación de corriente 416 recibe un fasor de instrucción de corriente 418, que incluye la primera señal de instrucción de corriente de rotor 312 y la segunda señal de instrucción de corriente de rotor 320 (ambas mostradas en la FIG. 3), y calcula una diferencia entre el fasor de retroalimentación de corriente 414 y el fasor de instrucción de corriente 418. El comparador de retroalimentación de corriente 416 transmite la diferencia resultante como un fasor de error de corriente 420 al módulo de regulador 406 y al dispositivo de amortiguamiento de corriente 410.

[0046] Aún en referencia a la FIG. 4, el módulo de regulador 406 recibe el fasor de error de corriente 420 y realiza una regulación de retroalimentación proporcional e integral para ajustar una salida del módulo de regulador 406 para facilitar una reducción de un error del fasor de error de corriente 420 hasta sustancialmente 0. El módulo de regulador 406 transmite a continuación un fasor de salida de regulador resultante 422, que es una señal de fasor de tensión, a un sumador de regulador 424.

[0047] Además, como se muestra, el módulo de alimentación anticipada de impedancia 404 recibe el fasor de instrucción de corriente 418 y una señal de frecuencia de deslizamiento 426 y calcula una amplitud de un fasor de instrucción de alimentación anticipada 428 como una señal de fasor de tensión de alimentación anticipada para complementar una regulación de corriente de bucle cerrado del módulo de regulador. 406.

[0048] Además, en un modo de realización, el dispositivo de amortiguamiento de corriente 410 recibe el fasor de error de corriente 420 y facilita una reducción de una amplitud de una o más componentes de frecuencia de corriente representadas por el fasor de error de corriente 420. En determinados modos de realización, la una o más componentes de frecuencia de corriente son subsíncronas con respecto a una frecuencia de corriente de la red de transmisión y distribución de potencia eléctrica 213 (mostrada en la FIG. 2). Como se usa en el presente documento, el término "subsíncrona" se refiere a una frecuencia que es menor que una frecuencia de referencia y, en determinados modos de realización, a una frecuencia que es menor que la frecuencia de la red de transmisión y distribución de potencia eléctrica 213. Además, como se muestra, el dispositivo de amortiguamiento de corriente 410 transmite una señal de fasor de control de amortiguamiento 434 resultante, que es una señal de fasor de tensión, al sumador de regulador 424 y un módulo de detección de interacciones de control subsíncronas (SSCI) 440, que se describe con más detalle con referencia a la FIG. 7. La salida 728 del módulo de detección de SSCI 440 (por ejemplo, una instrucción de tensión 716) se puede enviar a continuación al regulador de tensión de CC 308, por ejemplo, como respuesta a una detección de una SSCI.

[0049] El sumador de regulador 424 combina el fasor de salida de regulador 422, el fasor de instrucción de alimentación anticipada 428 y la salida del módulo de detección de SSCI 440, y transmite un fasor de instrucción de tensión 430 resultante a un módulo de índice de modulación 438. En determinados casos, el módulo de índice de modulación 438 está configurado para incrementar un límite de índice de modulación del convertidor de potencia 210, por ejemplo, como respuesta a una detección de un SSCI. Además, como se muestra, el fasor de instrucción de tensión 430 resultante también se transmite al módulo de transformación de tensión 408, que transforma el fasor de instrucción de tensión 430 en una trama de referencia basada en tiempo usando la señal de ángulo de transformación 326. Además, como se muestra, el módulo de transformación de tensión 408 emite una señal de instrucción de tensión sinusoidal trifásica 432 resultante. Un módulo de modulación por ancho de pulsos (PWM) 436 modula la señal de instrucción de tensión 432 para generar la señal de control de conmutación de convertidor de rotor 340. Así pues, el módulo de control 314 transmite la señal de control de conmutación de convertidor de rotor 340 a la matriz de conmutación de convertidor de rotor 336 (mostrada en la FIG. 3) para controlar una operación de conmutación, tal como un ciclo de trabajo, de los dispositivos de conmutación dentro de la matriz de conmutación de convertidor de rotor 336.

[0050] En referencia ahora a la FIG. 5, se ilustra un diagrama esquemático de una parte del dispositivo de amortiguamiento de corriente 410 que se puede usar con el módulo de control del convertidor de rotor 314 (mostrado en la FIG. 3). Como se muestra, el dispositivo de amortiguamiento de corriente 410 puede incluir un módulo integrador 502, un módulo de transformación de entrada 504, uno o más módulos de regulador de control de amortiguamiento subsíncrono (SSDC) 506 y un módulo de transformación de salida 508. El módulo integrador 502 recibe una señal de frecuencia subsíncrona predeterminada 510 que, en un modo de realización, representa una o más frecuencias de corriente subsíncronas predeterminadas que se van a amortiguar. La señal de frecuencia subsíncrona 510 se selecciona como una frecuencia de una trama de referencia en la cual el módulo de regulador de SSDC 506 actúa en la frecuencia subsíncrona de la resonancia de red. En un modo de realización, la trama de referencia puede tener una frecuencia sustancialmente cero, de modo que una frecuencia de una o más señales que entran en el módulo de regulador de SSDC 506 será igual a una frecuencia de señales vistas desde una trama de referencia fija. En otro modo de realización, la trama de referencia se puede seleccionar para que gire cerca de una frecuencia anticipada de la resonancia de red subsíncrona. La selección de la señal de frecuencia subsíncrona 510 apropiada depende del resto del sistema en el que está incorporado el dispositivo de amortiguamiento de corriente 410, y se realiza durante unos estudios de diseño para sintonizar la característica de amortiguamiento subsíncrona del sistema.

[0051] Por tanto, como se muestra, el módulo integrador 502 integra la señal de frecuencia subsíncrona 510 y transmite una señal de ángulo subsíncrona 512 resultante a un comparador de ángulo de referencia 514. El comparador de ángulo de referencia 514 calcula una diferencia entre una señal de ángulo subsíncrona 512 y una señal de ángulo de referencia 328, y emite una señal de ángulo de referencia subsíncrona 516 resultante para su introducción en el módulo de transformación 504 y en un sumador de orientación subsíncrono 518. El módulo de transformación de entrada 504 recibe el fasor de error de corriente 420 y realiza una transformación del fasor de error de corriente 420 usando la señal de ángulo de referencia subsíncrona 516. Más específicamente, en determinados modos de realización, el módulo de transformación de entrada 504 transforma el fasor de error de corriente 420 en una trama de referencia rotatoria que incluye dos componentes, a y p, usando las siguientes ecuaciones:

a = x * eos 0 y * sen 0 (Ecuación 1)

P = x * = sen 0 y * eos 0 (Ecuación 2)

donde x es una componente real del fasor de error de corriente 420,

y es una componente imaginaria del fasor de error de corriente 420, y

0 es la señal del ángulo de referencia subsíncrona 516.

[0052] La trama de referencia rotatoria que incluye a y p gira sustancialmente a la frecuencia de la frecuencia de corriente subsíncrona. Por tanto, como se muestra, el módulo de transformación de entrada 504 transmite una señal de transformación de error de corriente 520 que incluye a y p al módulo de regulador de SSDC 506. La señal de transformación de error de corriente 520 incluye una componente de frecuencia que es sustancialmente idéntica a la frecuencia de corriente subsíncrona. En un modo de realización, el módulo de regulador de SSDC 506 incluye, y/o está configurado para realizar, una función de transferencia proporcional e integral. De forma alternativa, el módulo de regulador de SSDC 506 incluye cualquier función de transferencia adecuada u otro algoritmo que permite al dispositivo de amortiguamiento de corriente 410 funcionar como se describe en el presente documento. El módulo de regulador de SSDC 506 integra y agrega una ganancia a la señal de transformación de error de corriente 520. El módulo de regulador de SSDC 506 transmite a continuación una señal de transformación de amortiguamiento subsíncrona de corriente 522 resultante al módulo de transformación de salida 508. En determinados modos de realización, la señal de transformación de amortiguamiento subsíncrona 522 incluye una componente de frecuencia que es sustancialmente igual a la frecuencia de corriente subsíncrona.

[0053] Aún en referencia a la FIG. 5, el sumador de orientación subsíncrono 518 combina la señal de ángulo de referencia subsíncrona 516 con una señal de referencia de ajuste de orientación 524, y transmite una señal de orientación de salida 526 resultante al módulo de transformación de salida 508. La selección de la señal de referencia de ajuste de orientación 524 depende del resto del sistema en el que está incorporado el dispositivo de amortiguamiento de corriente 410, y se realiza durante unos estudios de diseño para sintonizar la característica de amortiguamiento subsíncrona del sistema. La señal de orientación de salida 526 se usa para ajustar una orientación de un fasor de salida generado por el módulo de transformación de salida 508. El módulo de transformación de salida 508 transforma la señal de transformación de amortiguamiento de corriente subsíncrona 522 en una trama de referencia basada en fasor, de una manera sustancialmente inversa a la realizada por el módulo de transformación de entrada 504. Así pues, se puede realizar una inversa de la ecuación 1 en una componente a de la señal de transformación de amortiguamiento subsíncrona 522, y se puede realizar una inversa de la ecuación 2 en una componente p de la señal de transformación de amortiguamiento subsíncrona 522. El módulo de transformación de salida 508 facilita un fasor de control de amortiguamiento 434 resultante como se muestra en la FIG. 4. El fasor de control de amortiguamiento 434 incluye una componente de frecuencia que es sustancialmente igual a una diferencia entre la frecuencia de la red de transmisión y distribución de potencia eléctrica 213 y la frecuencia de corriente subsíncrona. La señal de fasor de control de amortiguamiento 434 también puede tener componentes reales e imaginarias, que se describen con más detalle en el presente documento con referencia a la FIG. 7.

[0054] En referencia ahora a la FIG. 6, se ilustra un diagrama de flujo de un modo de realización de un procedimiento para controlar una tensión de un enlace de CC de un convertidor de potencia de un sistema de potencia eléctrica conectado a una red eléctrica, tal como un sistema de potencia de turbina eólica. En general, el procedimiento 600 se describirá en el presente documento con referencia a la turbina eólica 100 y al sistema de control 200 mostrados en las FIGS. 1-5 y 7. Sin embargo, se debe apreciar que el procedimiento 600 divulgado se puede implementar con palas de rotor que tengan cualquier otra configuración adecuada. Además, aunque la FIG. 6 representa las etapas realizadas en un orden particular con propósitos de ilustración y análisis, los procedimientos analizados 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 divulgados en el presente documento de diversas formas sin desviarse del alcance de la presente divulgación.

[0055] Como se muestra en (602), el procedimiento 600 puede incluir hacer funcionar el enlace de CC 244 a una consigna de tensión óptima que logra el funcionamiento en régimen estacionario del convertidor de potencia 210. Como se muestra en (604), el procedimiento 600 puede incluir monitorizar la red eléctrica en busca de uno o más eventos transitorios, por ejemplo, una ráfaga de energía de corta duración, tal como un evento de respuesta ante baja tensión. Más específicamente, el (los) evento(s) transitorio(s) puede(n) ser un indicador de una o más condiciones de interacción de control subsíncrona (SSCI) que se producen en el sistema de potencia eléctrica. Las SSCI son un fenómeno que se produce cuando los controles del convertidor electrónico de potencia interactúan con unas líneas de transmisión compensadas en serie. Por tanto, como se muestra en (606), el procedimiento 600 puede incluir determinar si se detectan uno o más eventos transitorios. De ser así, como se muestra en (608), el procedimiento 600 incluye incrementar de inmediato la consigna de tensión óptima hasta una consigna de tensión más alta del enlace de CC 244. En un modo de realización, el módulo de control 314 puede estar configurado para incrementar de inmediato la consigna de tensión óptima hasta la consigna de tensión más alta del enlace de CC 244 determinando una instrucción de tensión 716 para la consigna de tensión óptima del enlace de CC 244 y aplicando la instrucción de tensión 716 a la consigna de tensión óptima para permitir que la consigna de tensión óptima se incremente hacia la consigna de tensión más alta. Como se muestra en (610), el procedimiento 600 puede incluir hacer funcionar el enlace de CC 244 a la consigna de tensión más alta hasta que la(s) interacción(es) de control subsíncronas se amortigua(n), optimizando de ese modo el control de tensión del enlace de CC 244.

[0056] El procedimiento 600 de la FIG. 6 se puede entender mejor con referencia a la FIG. 7. Como se muestra, se ilustra un diagrama esquemático 700 de un modo de realización del módulo de detección de SSCI 440 de acuerdo con la presente divulgación. Más específicamente, como se muestra, el módulo de detección de SSCI 440 puede determinar la instrucción de tensión 716 para la consigna de tensión óptima del enlace de CC 244 recibiendo una o más salidas de regulador de corriente de CC de rotor 702, 704. Por ejemplo, como se muestra, el módulo de control 314 puede recibir componentes reales e imaginarias de las salidas de regulador de corriente de CC de rotor 702, 704 (por ejemplo, componentes reales e imaginarias de la señal de fasor de control de amortiguamiento 434). Así pues, el módulo de control 314 puede determinar a continuación si las salidas de regulador de corriente de CC de rotor 702, 704 recibidas están por encima de un umbral predeterminado.

[0057] Más específicamente, las salidas de regulador de corriente de CC de rotor 702, 704 son un buen indicador de una condición de SSCI ya que el regulador de corriente de CC de rotor intenta regular la corriente en el intervalo de frecuencia específico relacionado con las frecuencias resonantes subsíncronas. Por tanto, cuando las salidas de este regulador están oscilando (es decir, no son cero), es probable que algunas corrientes del sistema oscilen en el intervalo de frecuencia subsíncrona. En dichos modos de realización, el procedimiento 600 puede incluir incrementar/reforzar de inmediato la consigna de tensión óptima hasta la consigna de tensión más alta del enlace de CC 244 si las salidas de regulador de corriente de CC del rotor están por encima del umbral predeterminado. Por lo tanto, al reforzar la tensión de CC si se produce un evento transitorio, se mejora el comportamiento de control que sigue a dicho evento.

[0058] Aún en referencia a la FIG. 7, como se muestra en 706, el módulo de control 314 puede determinar la instrucción de tensión 716 para la consigna de tensión óptima de enlace CC 244 procesando las salidas de regulador de corriente de CC de rotor 702, 704, por ejemplo, usando cualquier análisis estadístico adecuado. Por ejemplo, en un modo de realización, el procesador 706 puede usar la raíz cuadrada de la suma de los cuadrados de las componentes reales e imaginarias de la(s) salida(s) de regulador de corriente de CC de rotor 702, 704 para determinar una magnitud 708 de la(s) misma(s). Esta magnitud 708 se puede filtrar a continuación por medio del filtro 710. Por ejemplo, en determinados modos de realización, el filtro 710 puede ser un filtro de paso bajo. Además, como se muestra, se puede aplicar una función de histéresis 714 al valor filtrado 712. Por ejemplo, en determinados modos de realización, la función de histéresis 714 puede incluir comparar el valor filtrado 712 con un umbral predeterminado. Si el valor está por debajo del umbral, el módulo de control 314 supone que no se está produciendo ninguna condición de SSCI en la red eléctrica. De forma alternativa, si el valor es igual o superior al umbral, el módulo de control 314 puede estar configurado para alternar entre la consigna de tensión óptima para el enlace de CC 244 y la consigna de tensión óptima máxima para el enlace de CC 244. Por tanto, como se muestra, la salida de la función de histéresis 714 se puede corresponder con la instrucción de tensión 716. En consecuencia, la instrucción de tensión 716 puede ser una tasa de cambio deseada, por ejemplo, en voltios/segundos de la referencia de regulador de tensión de CC, o un valor de tensión, por ejemplo, en voltios. Por tanto, como se muestra en la FIG. 4, el regulador de tensión de CC puede usar esta señal.

[0059] Los modos de realización descritos anteriormente facilitan la provisión de un convertidor de potencia eficaz y rentable. El convertidor de potencia amortigua, o reduce, las oscilaciones de las corrientes subsíncronas que pueden estar presentes dentro del convertidor de potencia y/o en una red de suministro eléctrico. Así pues, el sistema de potencia de turbina eólica descrito en el presente documento se puede acoplar a la red de suministro eléctrico mientras se reducen al mínimo los daños en el sistema y/o en uno o más componentes de la red de suministro eléctrico que, de otro modo, pueden resultar de resonancias de corriente subsíncronas no amortiguadas. Más específicamente, los modos de realización descritos en el presente documento permiten acoplar un sistema de potencia de turbina eólica con un generador asíncrono de doble alimentación a una red de suministro eléctrico que incluye una o más líneas de transmisión compensadas en serie.

[0060] En referencia ahora a la FIG. 8, se ilustra un diagrama de flujo de otro modo de realización de un procedimiento para controlar la tensión de un enlace de CC de un convertidor de potencia de un sistema de potencia eléctrica conectado a una red eléctrica. En general, el procedimiento 800 se describirá en el presente documento con referencia a la turbina eólica 100 y al sistema de control 200 mostrados en las FIGS. 1-5 y 7. Sin embargo, se debe apreciar que el procedimiento 800 divulgado se puede implementar con palas de rotor que tengan cualquier otra configuración adecuada. Además, aunque la FIG. 8 representa las etapas realizadas en un orden particular con propósitos de ilustración y análisis, los procedimientos analizados 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 divulgados en el presente documento de diversas formas sin desviarse del alcance de la presente divulgación.

[0061] Como se muestra en (802), el procedimiento 800 incluye hacer funcionar el enlace de CC 244 a una consigna de tensión óptima que logra un funcionamiento en régimen estacionario del convertidor de potencia. Como se muestra en (804), el procedimiento 800 incluye monitorizar la red eléctrica en busca de uno o más eventos transitorios. Más específicamente, el (los) evento(s) transitorio(s) puede(n) ser un indicador de una o más condiciones de interacción de control subsíncrona (SSCI) que se producen en el sistema de potencia eléctrica. Como se muestra en (806), el procedimiento 800 incluye determinar si se detecta un evento transitorio. De ser así, como se muestra en (808), el procedimiento 800 incluye limitar una contribución de componentes de frecuencia no relacionados con SSCI a un margen de control de tensión del convertidor de potencia 210 hasta que la(s) interacción(es) de control subsíncronas se amortigua(n), optimizando de este modo un margen de control disponible durante la una o más condiciones de SSCI.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Un procedimiento para controlar tensión de un enlace de CC (244) de un convertidor de potencia (210) de un sistema de potencia eléctrica (200) conectado a una red eléctrica (242), comprendiendo el procedimiento:

hacer funcionar el enlace de CC (244) a una consigna de tensión óptima que logra un funcionamiento en régimen estacionario del convertidor de potencia (210);

monitorizar la red eléctrica (242) en busca de uno o más eventos transitorios, siendo el uno o más eventos transitorios un indicador de una o más condiciones de interacción de control subsíncrona, SSCI, que se producen en el sistema de potencia eléctrica (200);

tras una detección del uno o más eventos transitorios que se producen en la red eléctrica (242), incrementar de inmediato la consigna de tensión óptima hasta una consigna de tensión más alta del enlace de CC (244); y,

hacer funcionar el enlace de CC (244) a la consigna de tensión más alta hasta que la una o más interacciones de control subsíncronas se amortiguan, optimizándose de este modo un control de unas oscilaciones subsíncronas.

2. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que incrementar de inmediato la consigna de tensión óptima hasta la consigna de tensión más alta del enlace de CC (244) comprende además:

determinar una instrucción de tensión (716) para la consigna de tensión óptima del enlace de CC (244); y,

aplicar la instrucción de tensión (716) a la consigna de tensión óptima para permitir que la consigna de tensión óptima se incremente hacia la consigna de tensión más alta.

3. El procedimiento de la reivindicación 2, en el que la instrucción de tensión (716) comprende al menos uno de una tasa de cambio de tensión o un valor de tensión.

4. El procedimiento de la reivindicación 2 o 3, en el que determinar la instrucción de tensión (716) para la consigna de tensión óptima del enlace de CC (244) comprende además:

recibir una o más salidas de regulador de corriente CC de rotor (702, 704); y,

determinar si la una o más salidas de regulador de corriente de CC de rotor (702, 704) están por encima de un umbral predeterminado.

5. El procedimiento de la reivindicación 4, que comprende además incrementar de inmediato la consigna de tensión óptima hasta la consigna de tensión más alta del enlace de CC (244) si la una o más salidas de regulador de corriente de CC de rotor (702, 704) están por encima del umbral predeterminado.

6. El procedimiento de la reivindicación 4 o 5, en el que recibir la una o más salidas de regulador de corriente CC de rotor (702, 704) comprende además recibir unas componentes reales e imaginarias de la una o más salidas de regulador de corriente de CC de rotor (702, 704).

7. El procedimiento de la reivindicación 6, en el que determinar la instrucción de tensión (716) para la consigna de tensión óptima del enlace de CC (244) comprende además aplicar un procedimiento de suma de raíz cuadrada a las componentes reales e imaginarias de la una o más salidas de regulador de corriente de CC de rotor (702, 704) para determinar una magnitud (708) de las componentes reales e imaginarias de la una o más salidas de regulador de corriente de CC de rotor (702, 704).

8. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 6 a 7, en el que determinar la instrucción de tensión (716) para la consigna de tensión óptima del enlace de CC (244) comprende además filtrar la magnitud (708) de las componentes reales e imaginarias de la una o más salidas de regulador de corriente de CC de rotor (702, 704) usando un filtro de paso bajo (710).

9. El procedimiento de la reivindicación 8, en el que determinar la instrucción de tensión (716) para la consigna de tensión óptima del enlace de CC (244) comprende además aplicar una función de histéresis (714) a la magnitud filtrada (708) de las componentes reales e imaginarias de la una o más salidas de regulador de corriente de CC de rotor (702, 704).

10. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende además, tras una detección del uno o más eventos transitorios que se producen en la red eléctrica (242), incrementar de inmediato un límite de índice de modulación del convertidor de potencia (210).

11. Un sistema de potencia eléctrica (200) conectado a una red eléctrica (242), comprendiendo el sistema de potencia eléctrica (200):

un generador asíncrono de doble alimentación, DFAG (118);

un convertidor de potencia (210) acoplado al DFAG (118), estando el convertidor de potencia (210) configurado para convertir una frecuencia de potencia eléctrica generada desde el DFAG (118) en una frecuencia sustancialmente similar a una frecuencia de la red eléctrica (242), comprendiendo el convertidor de potencia (210) un convertidor de lado de rotor (220), un convertidor de lado de línea (222), un enlace de CC (244), y un módulo de control (262) que comprende un dispositivo de amortiguamiento de corriente (410), estando el módulo de control (262) configurado para realizar las siguientes operaciones:

hacer funcionar el enlace de CC (244) a una consigna de tensión óptima que logra un funcionamiento en régimen estacionario del convertidor de potencia (210);

tras una detección de uno o más eventos transitorios que se producen en la red eléctrica (242), incrementar de inmediato un límite de índice de modulación del convertidor de potencia (210), siendo el uno o más eventos transitorios un indicador de una o más condiciones de interacción de control subsíncrona, SSCI, que se producen en el sistema de potencia eléctrica (200); y, hacer funcionar el convertidor de potencia (210) en el límite de índice de modulación incrementado hasta que se amortigua la una o más condiciones de SSCI, optimizándose de este modo un control de oscilaciones subsíncronas.

12. El sistema de potencia eléctrica (200) de la reivindicación 11, en el que el módulo de control (262) está, tras una detección del uno o más eventos transitorios que se producen en la red eléctrica (242), configurado para incrementar de inmediato la consigna de tensión óptima hasta una consigna de tensión más alta del enlace de CC (244).

13. El sistema de potencia eléctrica (200) de la reivindicación 12, en el que el módulo de control (262) está configurado para:

determinar una instrucción de tensión (716) para la consigna de tensión óptima del enlace de CC (244); y,

aplicar la instrucción de tensión (716) a la consigna de tensión óptima para permitir que la consigna de tensión óptima se incremente de inmediato hacia la consigna de tensión más alta.

14. El sistema de potencia eléctrica (200) de la reivindicación 12 o 13, en el que el módulo de control (262) está, para determinar la instrucción de tensión (716) para la consigna de tensión óptima del enlace de CC (244), configurado para:

recibir una o más salidas de regulador de corriente de CC de rotor (702, 704); y,

determinar si la una o más salidas de regulador de corriente de CC de rotor (702, 704) están por encima de un umbral predeterminado.

15. El sistema de potencia eléctrica (200) de cualquiera de las reivindicaciones 11 a 14, en el que el sistema de potencia eléctrica (200) comprende un sistema de potencia de turbina eólica.