ES2899867T3 - Sistema y procedimiento para operar una central hidroeléctrica de acumulación por bombeo con una máquina asíncrona de doble alimentación - Google Patents

Abstract

Procedimiento para operar una central hidroeléctrica de acumulación por bombeo con una máquina asíncrona de doble alimentación (4) que presenta un estator (9) que está conectado directamente a una red eléctrica (2) y un rotor (11) que está conectado a la red eléctrica (2) a través de un convertidor (8), donde el procedimiento presenta: determinar un valor nominal de corriente para una frecuencia de corriente de rotor o una velocidad de giro mecánica (n) del rotor (11) en función de una potencia nominal que se transmitirá entre la red eléctrica (2) y la máquina asíncrona de doble alimentación (4) en función de las variables de funcionamiento de corriente medidas; determinar uno o más valores que caracterizan un estado actual de la central hidroeléctrica de acumulación por bombeo (1); determinar una banda muerta síncrona instantánea no admisible ([-Δf, Δf]; [n0-Δn, n0+Δn]), que se determina mediante una frecuencia de corriente mínima del rotor (Δf) o diferencia entre la velocidad de giro (Δn) de la velocidad de giro del rotor y la velocidad síncrona (n0) requerida para el funcionamiento en estado estacionario, en función de la una o más variables que caracterizan el estado actual de la central hidroeléctrica de acumulación por bombeo (1) de tal manera que la banda muerta síncrona instantánea no admisible ([-Δf, Δf]; [n0-Δn, n0+Δn]) se minimiza según el estado actual de la central hidroeléctrica de acumulación por bombeo (1); y controlar el convertidor (8) para conectar voltajes y corrientes sinusoidales con el valor nominal actual de la frecuencia de corriente del rotor al rotor (11) de una manera similar a un pulso si el valor nominal actual de la frecuencia de corriente del rotor o la velocidad de giro mecánica del rotor no cae de manera estacionaria en la banda muerta síncrona instantánea no admisible minimizada ([-Δf, Δf]; [n0-Δn, n0+Δn]).

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema y procedimiento para operar una central hidroeléctrica de acumulación por bombeo con una máquina asíncrona de doble alimentación

La presente invención se refiere a un sistema y procedimiento para operar una central hidroeléctrica de acumulación por bombeo con una máquina asíncrona de doble alimentación.

En vista de la expansión de las redes para la generación y distribución de energía eléctrica con un número creciente de centrales eléctricas de diferentes diseños y un mayor uso de energías renovables, los procedimientos para almacenar energía eléctrica son cada vez más importantes. Las centrales hidroeléctricas de acumulación por bombeo se consideran uno de los sistemas de almacenamiento de energía eléctrica más importantes, fiables y eficaces. En una central hidroeléctrica de acumulación por bombeo, por ejemplo, se llena un depósito de agua superior con bombas que utilizan energía eléctrica, donde la corriente de la bomba utilizada para este propósito se obtiene a precios relativamente bajos en tiempos de baja carga de red. En tiempos de un alto requerimiento de energía, la energía potencial del agua puede entonces ser utilizada por medio de una turbina en energía mecánica de rotación para accionar un generador, con el fin de generar energía eléctrica a partir de la misma y alimentarla a la red eléctrica. La energía de carga máxima ganada a menudo se puede vender de nuevo a precios relativamente más altos. El uso más eficiente y de baja pérdida posible de la fuente de alimentación variable de la red eléctrica es de enorme importancia. El generador, que puede generar la energía eléctrica en el funcionamiento de la turbina, también puede servir como motor de accionamiento para las bombas o turbinas de la bomba en el mismo eje. Las máquinas asíncronas de doble alimentación (en inglés Double Fed Induction Machines, DFIG) que son máquinas asíncronas de rotor de anillo de roce que se alimentan tanto a través de conexiones de estator como a través de conexiones de rotor son particularmente adecuadas como dispositivos motor-generador para centrales hidroeléctricas de acumulación por bombeo. Durante el uso, el estator de la máquina asíncrona se conecta directamente a una red eléctrica, mientras que el rotor se conecta a la red a través de un convertidor de frecuencia que sirve para regular la velocidad de giro, la potencia activa y la potencia reactiva. Esto hace posible el funcionamiento tanto sobresincrónica como subincrónica con respecto a la frecuencia de red y, por lo tanto, la velocidad de giro del generador es variable. Solo una parte de la potencia debe ajustarse a la frecuencia y potencia deseadas a través del convertidor. A este respecto, el convertidor puede construirse para que sea más pequeño, más rentable y menos perjudicial que un generador síncrono comparable, lo que también resulta en una mejor eficiencia general del sistema. Otras ventajas de la máquina asíncrona de doble alimentación sobre las máquinas síncronas también incluyen una alta eficiencia operativa con carga parcial, la capacidad de controlar por separado la potencia reactiva y la potencia activa, la capacidad de controlar el factor de potencia y un tiempo de respuesta rápido del sistema.

Una desventaja de las máquinas asíncronas de doble alimentación es que, durante el funcionamiento con una proximidad creciente a su velocidad síncrona, la carga térmica cíclica en los componentes aumenta significativamente. En particular, los dispositivos semiconductores que se utilizan en la electrónica de potencia de los convertidores son susceptibles a fluctuaciones de temperatura de unión considerables que resultan del funcionamiento de la máquina cerca de la velocidad síncrona, lo que podría reducir la vida útil de los convertidores. Dado que la frecuencia de la corriente del rotor en una máquina asíncrona doblemente alimentada está determinada por la frecuencia de flujo del estator, por lo tanto, la frecuencia de la red, y la velocidad de giro del rotor, y el funcionamiento cerca de la velocidad síncrona conduce a una frecuencia de corriente del rotor baja, estas corrientes del rotor causan una carga térmica considerable en los dispositivos semiconductores. En este sentido, se debe evitar el funcionamiento dentro de una banda muerta predefinida alrededor de la velocidad síncrona para la máquina asíncrona de doble alimentación. Se sabe que la temperatura máxima de los semiconductores de potencia, por ejemplo IGBT y diodos, que se utilizan en el convertidor, aumenta a frecuencias de corriente del rotor más bajas y en condiciones de funcionamiento constantes. Cuanto menor sea la frecuencia de corriente del rotor, mayor será también la fluctuación de la temperatura de la capa de agotamiento de los semiconductores, que alcanza valores máximos cuando el semiconductor está conduciendo. También se sabe que en las proximidades de la velocidad síncrona, las pérdidas de energía se distribuyen de manera desigual sobre los semipuentes de los convertidores.

Con el fin de superar estos problemas, se han propuesto varias estrategias para evitar un funcionamiento de la máquina asíncrona de doble alimentación en una banda muerta fija alrededor de la velocidad síncrona o para seleccionar otro punto de funcionamiento subóptimo. La banda muerta síncrona no admisible se define específicamente como una función del sistema respectivo y sus componentes antes de la puesta en marcha. Ambas estrategias pueden resultar en pérdidas significativas en eficiencia y economía para los operadores de centrales hidroeléctricas de acumulación por bombeo. Otro área en la que la energía de la red eléctrica no puede utilizarse o no puede utilizarse de manera óptima puede ser inaceptable para los operadores de centrales hidroeléctricas de acumulación por bombeo. Por lo tanto, esta insuficiencia debe evitarse o, al menos, reducirse.

Tan Yingjie y col. "Deadband Control of Doble-Fed Induction Generator around Synchronous Speed", IEEE Transactions on Energy Conversion, vol. 31, N.° 4, páginas 1610-1621, diciembre de 2016, describen un procedimiento para prevenir el funcionamiento dentro de una banda muerta predefinida alrededor de la velocidad síncrona para una máquina asíncrona de doble alimentación en una planta de energía eólica. Se propone la activación de un circuito de sujeción (denominado crowbar) previsto para la protección contra sobretensiones, que presenta un circuito en serie que comprende un elemento de conmutación y una resistencia conectada entre el circuito del rotor y la tierra, en caso de funcionamiento dentro de la banda muerta predefinida, con el fin de cortocircuitar el rotor a través del circuito de sujeción. Por lo tanto, el modo de funcionamiento del generador asíncrono de doble alimentación (modo DFIG) se cambia a un modo de generador asíncrono puro (modo IG). Para este propósito, el par electromagnético también se adapta de manera correspondiente de modo que el punto de funcionamiento se desplaza desde el punto de funcionamiento óptimo a un nuevo punto de funcionamiento en el modo IG antes de que se active el circuito de sujeción. Por lo tanto, se puede garantizar el funcionamiento continuo, aunque en un intervalo de funcionamiento ligeramente subóptimo.

El documento US 2014/0361718 A1 describe un dispositivo y un procedimiento para el control variable de la velocidad de giro para un sistema de accionamiento con una máquina síncrona de doble alimentación, donde se determina si un valor nominal de la velocidad de giro pasa a través de una banda muerta síncrona no admisible definida de antemano, y se prohíbe o permite el paso de la banda muerta en función de si un componente activo del valor nominal de la corriente del rotor excede un valor límite de corriente específico. Un dispositivo de función de histéresis garantiza que el valor nominal de la velocidad de giro se mantenga en un valor límite de intervalo de velocidad de giro de la banda muerta antes de que se permita el paso de la banda muerta para acortar la duración del paso de la banda muerta.

El documento JP 2002272191 A describe una variante adicional del dispositivo y del sistema a partir del documento US 2014/0361718 A1, donde la banda muerta se determina en función de la frecuencia del sistema detectada actualmente en lugar de una frecuencia síncrona predeterminada de forma fija, de modo que la frecuencia del sistema detectada forma la frecuencia central de la banda muerta que presenta un ancho de banda predeterminado de forma fija. Por lo tanto, las fluctuaciones en la frecuencia del sistema se tienen en cuenta en la medida en que la banda muerta se desplaza en posición junto con la frecuencia del sistema.

A partir de esto, es un objeto de la presente invención proponer medidas para permitir el funcionamiento más eficiente posible de las centrales hidroeléctricas de acumulación por bombeo con máquinas asíncronas de doble alimentación. En particular, un objeto de la invención es proporcionar un procedimiento y un sistema para operar una central hidroeléctrica de acumulación por bombeo con una máquina asíncrona de doble alimentación, que permite proporcionar una potencia de control lo más óptima posible en el intervalo de control de potencia de la máquina mientras se minimizan las pérdidas de eficiencia y rentabilidad asociadas con la banda muerta síncrona.

Este objeto se logra mediante el procedimiento y el sistema para operar una central hidroeléctrica de acumulación por bombeo con una máquina asíncrona de doble alimentación con las características de la reivindicación 1 o 12.

Según un primer aspecto de la invención, se proporciona un procedimiento para operar una central hidroeléctrica de acumulación por bombeo con una máquina asíncrona de doble alimentación que presenta un estator (estator) que está conectado directamente a una red eléctrica, y un rotor (rotor) que está conectado a la red eléctrica a través de un convertidor. El procedimiento comprende determinar un valor nominal de corriente para una frecuencia de corriente del rotor o una velocidad de giro mecánica del rotor en función de una potencia nominal que se transmitirá entre la red eléctrica y la máquina asíncrona de doble alimentación en función de las variables de funcionamiento de corriente medidas. El procedimiento además presenta una determinación de una o más variables que caracterizan un estado actual de la central hidroeléctrica de acumulación por bombeo y una determinación de una banda muerta síncrona no admisible instantánea, que se determina por una frecuencia de corriente mínima del rotor o diferencia entre la velocidad de giro de la velocidad de giro del rotor y la velocidad síncrona requerida para el funcionamiento en estado estacionario, en función de la una o más variables que caracterizan el estado actual de la central hidroeléctrica de acumulación por bombeo de tal manera que la banda muerta síncrona instantánea no admisible se minimiza de acuerdo con el estado actual de la central hidroeléctrica de acumulación por bombeo. El procedimiento comprende además controlar el convertidor para conectar voltajes y corrientes sinusoidales con el valor nominal actual de la frecuencia de corriente del rotor al rotor de una manera similar a un pulso si el valor nominal actual de la frecuencia de corriente del rotor o de la velocidad de giro mecánica del rotor no cae de una manera estacionaria en la banda muerta síncrona instantánea minimizada y no admisible.

Según la invención, la banda muerta síncrona actualmente no admisible alrededor de la frecuencia cero del rotor o la velocidad síncrona, en la que se debe evitar un funcionamiento en estado estacionario de la máquina asíncrona de doble alimentación para evitar impedimentos y daños a los componentes, siempre se determina dinámicamente de manera actualizada durante el funcionamiento en función del estado actual respectivo de la central hidroeléctrica de acumulación por bombeo. En este contexto, se entenderá por "estacionario" un funcionamiento durante un período de tiempo durante el cual no se observan sobrecargas ni posibles daños en los componentes semiconductores u otros componentes críticos utilizados. En particular, "estacionario" en este contexto puede significar en todas partes un funcionamiento durante un período de tiempo en la zona de la constante de tiempo térmico de los componentes semiconductores utilizados o de otros componentes críticos. Esto puede estar en el intervalo de unos pocos milisegundos a segundos. Se puede permitir conducir a través de la banda muerta sincrónica no admisible dentro de un período de tiempo relativamente poco crítico, en particular con la minimización de la banda muerta.

Con la invención, la banda muerta síncrona puede adaptarse de manera variable a las condiciones respectivamente existentes y, en particular, puede minimizarse de acuerdo con el estado actual de la central eléctrica, para permitir un funcionamiento seguro incluso en las proximidades de la frecuencia síncrona en una sección del intervalo de control de la máquina asíncrona que se excluiría en el caso de una banda muerta predeterminada de forma fija. Por lo tanto, el intervalo de control de potencia de la máquina asíncrona de doble alimentación y la capacidad de la central hidroeléctrica de acumulación por bombeo se pueden utilizar mejor. Esto da como resultado menores pérdidas de energía o una mayor eficiencia y rentabilidad de la central hidroeléctrica de acumulación por bombeo.

En el procedimiento mencionado anteriormente, se puede determinar el valor nominal actual de la frecuencia de rotor o de la velocidad de giro mecánica o la frecuencia de rotor requerida mínima o la velocidad de giro mecánica admisible para el funcionamiento en estado estable, o ambos se pueden determinar, por ejemplo, en función de una o más de las siguientes variables de funcionamiento medidas actualmente: Corrientes de fase en el circuito del estator, tensiones de fase en el circuito del estator, corrientes en el lado de la red en el circuito del rotor y/o velocidad de giro del rotor. A partir de esto, la corriente de rotor deseada y el voltaje de rotor deseado se pueden determinar con la frecuencia nominal o la velocidad de giro nominal. También se pueden tener en cuenta otras variables, como, por ejemplo, el par del rotor.

La una o más variables que caracterizan un estado actual de la central hidroeléctrica de acumulación por bombeo se detectan y/o determinan preferentemente de forma continua. El estado actual se supervisa continuamente para permitir la adaptación continua de la banda muerta síncrona. De manera alternativa, estas variables también se pueden detectar y/o determinar periódicamente en un intervalo adecuado para rastrear el estado de la central hidroeléctrica de acumulación por bombeo lo más actualizado posible, o en respuesta a los cambios de estado detectados, por ejemplo, un requisito de carga cambiado.

Con el fin de detectar adecuadamente el estado actual de la central hidroeléctrica de acumulación por bombeo, en particular, se pueden monitorear una o más de las siguientes variables características: Voltajes en el lado de la máquina del convertidor, corrientes en el lado de la máquina del convertidor, frecuencia de la corriente del rotor, factor de potencia en el lado de la máquina del convertidor, voltaje en un circuito intermedio de voltaje de CC del convertidor, patrón de pulso para controlar el convertidor, frecuencia del reloj para controlar el convertidor, temperatura ambiente del convertidor, temperatura del agua de refrigeración y/o velocidad de flujo cuando el convertidor está enfriado por agua. Todas estas variables influyen en el estado actual de la central hidroeléctrica de acumulación por bombeo y, en particular, en la carga térmica sobre los devanados del rotor de la máquina asíncrona de doble alimentación y sobre los interruptores de los semiconductores de potencia del convertidor. Por ejemplo, estas variables tienen un efecto en la altura y el intervalo de fluctuación de la temperatura de la capa de barrera de los interruptores semiconductores de potencia y, por lo tanto, en su vida útil. Dichas relaciones son generalmente conocidas en la técnica y aquí se pueden tener en cuenta individualmente o en cualquier combinación con el fin de estimar el estado actual de la central hidroeléctrica de acumulación por bombeo con la mayor precisión posible y para determinar una banda muerta síncrona minimizada a partir de ello.

Para determinar el estado actual de la central hidroeléctrica de acumulación por bombeo, se pueden utilizar parámetros fijos o variables de influencia, que pueden incluir una o más de las siguientes opciones: diseño de los interruptores de semiconductores utilizados en el convertidor, dimensionamiento del convertidor, circuitos de semiconductores de potencia utilizados (por ejemplo, elementos amortiguadores) y/o resistencias térmicas y capacitancias térmicas dentro de los componentes. Estas variables invariables también influyen en la carga térmica de los interruptores de semiconductores de potencia y otros componentes del sistema y, por lo tanto, tienen un efecto en el estado actual de la central hidroeléctrica de acumulación por bombeo.

Las relaciones o correlaciones entre las variables que caracterizan un estado actual de la central hidroeléctrica de acumulación por bombeo y la banda muerta síncrona no admisible se pueden almacenar de antemano como funciones, tablas de búsqueda, algoritmos implementados, modelos de sistema o de otra manera correspondiente y usarse en línea durante el funcionamiento. Mediante el uso de una combinación de cualquier número de dichas variables y relaciones de caracterización, la complejidad para determinar la banda muerta síncrona óptima se puede seleccionar según se desee o según se requiera.

Según algunas realizaciones preferidas del procedimiento según la invención, en el caso de que el valor nominal actual de la frecuencia de corriente del rotor o de la velocidad de giro mecánica caiga dentro de la banda muerta síncrona no admisible actual, se inicia preferentemente una medida correctiva para continuar el funcionamiento mientras se evita el funcionamiento dentro de la banda muerta. De manera alternativa o adicional, en este caso, también se puede enviar un mensaje a un controlador de nivel superior, que luego puede tomar las medidas correctivas adecuadas si es necesario.

En algunas realizaciones preferidas, la medida correctiva que se iniciará se selecciona en función de una señal o parámetro de preferencia para evitar el funcionamiento dentro de la banda muerta. La señal de preferencia se puede suministrar a la central eléctrica desde el exterior, por ejemplo, desde una estación de control central, y se puede evaluar si es necesario. También puede ser un parámetro de preferencia predefinido y almacenado que especifica una o más medidas correctivas preferidas.

De manera alternativa o adicional, la medida correctiva que se iniciará puede implementarse para evitar el funcionamiento dentro de la banda muerta mediante comparación de varias medidas correctivas posibles, teniendo en cuenta sus efectos en la banda muerta síncrona no admisible y posiblemente otros criterios, como, por ejemplo, la rentabilidad del funcionamiento.

En algunas realizaciones ventajosas de la invención, la medida correctiva proporciona una reducción de la banda muerta síncrona actual al cambiar el estado de la central hidroeléctrica de acumulación por bombeo. Esto puede lograrse mediante una o más de las siguientes medidas: reducción de una frecuencia de reloj para controlar el convertidor, cambio del patrón de pulso para controlar el convertidor, reducción de un voltaje en un circuito intermedio de voltaje de CC del convertidor, reducción de la potencia reactiva regulada del convertidor, cambio de una temperatura del agua de enfriamiento y/o de un flujo de agua de enfriamiento cuando el convertidor está enfriado por agua y/o reducción de la temperatura ambiente en una sala del convertidor al usar un sistema de enfriamiento por aire. Estas medidas tienen por objeto reducir la carga térmica de los interruptores semiconductores del convertidor y/u otros componentes implicados, y permiten así un funcionamiento continuo con una banda muerta síncrona más estrecha. Por ejemplo, es bien sabido que las frecuencias de reloj más bajas de los interruptores semiconductores del convertidor dan como resultado temperaturas máximas más bajas de los interruptores semiconductores. Además, es bien sabido que en diferentes modos de funcionamiento de una máquina asíncrona de doble alimentación, diferentes procedimientos de modulación para controlar los interruptores de semiconductores de potencia del convertidor, que incluyen diferentes tipos de modulación de ancho de pulso (PWM), dan como resultado diferentes pérdidas de potencia de los elementos semiconductores del convertidor y permiten diferentes corrientes de salida admisibles. Esto se puede utilizar para reducir la carga térmica en los elementos semiconductores. Además, el factor de potencia se puede aumentar al reducir la regulación de la potencia reactiva en el convertidor parcial en el lado de la máquina, donde la carga y la temperatura en particular en los componentes del convertidor parcial en el lado de la máquina se reducen mediante reducción de la corriente. En general, al reducir la carga térmica en los componentes del sistema, su estado se puede cambiar de tal manera que la banda muerta síncrona no admisible actual se puede reducir aún más sin peligro y el funcionamiento continuo de la planta de energía se puede lograr dentro de un intervalo relativamente amplio. Un control en gran medida continuo de la máquina asíncrona de doble alimentación es particularmente importante en el funcionamiento de la bomba.

Si se cambia el estado del sistema por una o más de las medidas correctivas mencionadas anteriormente, esto puede resultar en desventajas o impedimentos leves, que incluyen mayores armónicos de los voltajes y corrientes conectados al rotor, ondulaciones de corriente más altas, una potencia reactiva disponible más baja y mayores pérdidas auxiliares debido al enfriamiento por agua o el uso de un sistema de enfriamiento por aire. Si bien el aumento en la eficiencia y la economía del sistema generalmente superará a este último, en un desarrollo adicional del procedimiento según la invención se pueden proporcionar medidas compensatorias adicionales para mitigar las desventajas o impedimentos asociados con la medida o medidas correctivas. Por ejemplo, la frecuencia de reloj o el patrón de pulso para controlar el convertidor se pueden cambiar con el fin de reducir los armónicos y/o la ondulación de corriente. De manera alternativa o adicional, en el caso de que la potencia reactiva regulada en el convertidor parcial en el lado de la máquina se reduzca para reducir la carga térmica, el intervalo de potencia reactiva disponible más pequeño se puede compensar mediante el uso de un convertidor parcial en el lado de la red. Aún más, el intervalo de potencia reactiva disponible más pequeño y/o una potencia activa reducida se pueden compensar en una máquina asíncrona doblemente alimentada al usar al menos una máquina asíncrona doblemente alimentada adicional que está conectada de forma impulsiva, por ejemplo, a una bomba o turbina adicional del sistema de central eléctrica.

Según un aspecto adicional de la invención, un sistema para operar una central hidroeléctrica de acumulación por bombeo está provisto de una máquina asíncrona de doble alimentación que presenta un estator que está conectado directamente a una red eléctrica, y un rotor que está conectado a la red eléctrica a través de un convertidor, y con un dispositivo de bomba/ turbina que está conectado en términos de accionamiento a la máquina asíncrona de doble alimentación. En el funcionamiento del motor de la máquina asíncrona de doble alimentación, el dispositivo de bomba/ turbina es accionado por este último con el fin de convertir la energía eléctrica de la red eléctrica en energía potencial de un agua bombeada, mientras que en el funcionamiento del generador, por el contrario, la energía potencial del agua se convierte en energía rotativa mecánica para accionar la máquina asíncrona de doble alimentación con el fin de generar energía eléctrica y alimentarla a la red eléctrica. El sistema para operar la central hidroeléctrica de acumulación por bombeo presenta un dispositivo sensor para medir las variables de funcionamiento, que incluyen corrientes y voltajes en un circuito de estator y un circuito de rotor y, si corresponde, la velocidad de giro del rotor. El sistema también presenta un dispositivo de control para controlar el funcionamiento de la central hidroeléctrica de acumulación por bombeo, que está conectado en términos de comunicación con el dispositivo sensor con el fin de obtener de este último los valores medidos de corriente de las variables de funcionamiento. El dispositivo de control se configura para determinar un valor nominal de corriente para una frecuencia de corriente del rotor o una velocidad de giro mecánica del rotor sobre la base de una potencia nominal que se transmitirá entre la red eléctrica y la máquina asíncrona de doble alimentación en función de las variables de funcionamiento de la corriente medidas. El dispositivo de control también se configura para determinar una o más variables que caracterizan un estado actual de la central hidroeléctrica de acumulación por bombeo y para determinar una banda muerta síncrona no admisible instantánea, que se determina por la velocidad síncrona de la frecuencia de corriente del rotor (Af) o diferencia entre la velocidad de giro (An) de la velocidad de giro del rotor que es admisible para el funcionamiento en estado estacionario y la velocidad síncrona, en función de la una o más variables que caracterizan el estado actual de la central hidroeléctrica de acumulación por bombeo de tal manera que la banda muerta síncrona instantánea no admisible se minimiza según el estado actual de la central hidroeléctrica de acumulación por bombeo. El dispositivo de control también está configurado para controlar el convertidor con el fin de conectar voltajes y corrientes sinusoidales con el valor nominal de corriente de la frecuencia de corriente del rotor al rotor de una manera similar a un pulso si el valor nominal de la frecuencia de corriente del rotor o de la velocidad de giro mecánica del rotor no cae estacionariamente dentro de la banda muerta instantánea no admisible minimizada.

Por lo tanto, el sistema garantiza que se evite el funcionamiento en una banda muerta síncrona no admisible alrededor de la frecuencia del estator o frecuencia o velocidad síncrona para evitar la carga no admisible y el deterioro de los componentes del sistema y la reducción de la vida útil de los mismos. En este caso, la banda muerta síncrona siempre se determina de forma actualizada, en línea durante el funcionamiento, de modo que se pueda minimizar de manera variable en las condiciones actuales de la central hidroeléctrica de acumulación por bombeo. Esto aumenta la potencia de salida posible y la eficiencia de la central hidroeléctrica de acumulación por bombeo, aumenta el intervalo de control de potencia utilizable de la máquina asíncrona de doble alimentación y aumenta la economía del sistema. De lo contrario, con respecto a las ventajas y posibles variantes del sistema, se aplican las explicaciones anteriores correspondientemente a las del procedimiento aquí.

En particular, en algunas realizaciones preferidas del sistema, el estado actual de la central hidroeléctrica de acumulación por bombeo se puede estimar en función de variables características detectadas o específicas, que pueden incluir una o más de las siguientes variables: Voltajes en el lado de la máquina del convertidor, corrientes en el lado de la máquina del convertidor, frecuencia de corriente del rotor, factor de potencia en el lado de la máquina del convertidor, voltaje en un circuito intermedio de voltaje de CC del convertidor, patrones de pulso para controlar el convertidor, frecuencia de reloj para controlar el convertidor, temperatura ambiente del convertidor, temperatura del agua de enfriamiento y/o caudal de agua de enfriamiento con enfriamiento por agua del convertidor y otros.

El dispositivo de control se configura entonces preferentemente para determinar el estado actual de la central hidroeléctrica de acumulación por bombeo en función de las relaciones entre las variables características y la banda muerta síncrona no admisible, donde es posible que las relaciones se definan como funciones, tablas de búsqueda, algoritmos implementados o de alguna otra manera adecuada y se almacenen de antemano en una memoria.

Además, el dispositivo de control se puede configurar para iniciar una medida correctiva para evitar el funcionamiento dentro de la banda muerta en el caso de que el valor nominal determinado de la frecuencia de corriente del rotor caiga dentro de la banda muerta síncrona no admisible, la medida correctiva comprende preferentemente una reducción en la banda muerta síncrona cambiando el estado de la central hidroeléctrica de acumulación por bombeo. A tal fin, podrán adoptarse una o más de las siguientes medidas: reducir una frecuencia de reloj para controlar el convertidor, cambiar el patrón de pulso para controlar el convertidor, reducir un voltaje en un circuito intermedio de voltaje de CC del convertidor, reducir la potencia reactiva regulada del convertidor, cambiar una temperatura de agua de enfriamiento y/o una velocidad de flujo de agua de enfriamiento cuando el convertidor se enfría por agua, reducir la temperatura ambiente en una sala del convertidor mediante el uso de un sistema de enfriamiento por aire, y otros. El dispositivo de control puede estimar el efecto de una o más de estas medidas correctivas en el estado de la central hidroeléctrica de acumulación por bombeo y la banda muerta resultante y a continuación seleccionar e iniciar la medida correctiva adecuada o una combinación de las medidas correctivas para continuar el funcionamiento con una banda muerta síncrona reducida sin ningún riesgo para los componentes.

En este caso, el dispositivo de control se configura preferentemente para seleccionar la medida correctiva que se iniciará para evitar la el funcionamiento dentro de la banda muerta en función de una señal o parámetro de preferencia que se puede suministrar desde el exterior, por ejemplo, desde un punto de control central, o se puede definir de antemano y almacenar en una memoria del dispositivo de control.

Alternativamente, el dispositivo de control se puede configurar para determinar la medida correctiva que se iniciará para evitar el funcionamiento dentro de la banda muerta mediante la comparación de varias posibles medidas correctivas predefinidas, teniendo en cuenta sus efectos en la banda muerta síncrona no admisible y, si corresponde, otros criterios.

En realizaciones preferidas de cualquiera de los sistemas mencionados anteriormente, el convertidor presenta un convertidor parcial en el lado de red y un convertidor parcial en el lado de máquina, que están conectados entre sí a través de un circuito intermedio de voltaje de CC. El dispositivo de control se puede configurar para operar la máquina asíncrona de doble alimentación con banda muerta síncrona reducida al reducir la potencia reactiva regulada por el convertidor parcial en el lado de la máquina y para compensar el rango de potencia reactiva disponible reducida mediante un control modificado del convertidor parcial en el lado de la red.

En algunas variantes ventajosas del sistema de cualquiera de los tipos mencionados anteriormente, la central hidroeléctrica de acumulación por bombeo puede tener una primera máquina asíncrona de doble alimentación que se conecta a la red eléctrica a través de un primer convertidor y se acopla en términos de accionamiento a un primer dispositivo de bomba/turbina, y al menos una segunda máquina asíncrona de doble alimentación que se conecta a la red eléctrica a través de un segundo convertidor y se acopla en términos de accionamiento a un segundo dispositivo de bomba/ turbina, donde el dispositivo de control puede presentar una primera unidad de control que se asigna a la primera máquina asíncrona de doble alimentación, y al menos una segunda unidad de control que está asignada a la al menos una segunda máquina asíncrona de doble alimentación. La primera y la segunda unidad de control pueden estar conectadas entre sí en términos de comunicación ya sea directamente o a través de un dispositivo de optimización de nivel superior. Pueden estar configuradas para hacer que al menos una de las máquinas asíncronas de doble alimentación funcione con una banda muerta síncrona reducida cambiando el estado de la planta de energía de almacenamiento bombeado, mientras que al menos una de las otras máquinas asíncronas de doble alimentación funciona en un modo de funcionamiento normal. De manera alternativa o adicional, la primera y la segunda unidad de control o el dispositivo de optimización de nivel superior se pueden configurar para hacer que un requisito de energía activa y/o reactiva predeterminado por la red eléctrica se distribuya de forma asimétrica entre la primera y la al menos una segunda máquina asíncrona de doble alimentación para evitar el funcionamiento de las máquinas asíncronas de doble alimentación sin pérdidas de energía en una banda muerta síncrona no admisible. La decisión sobre el remedio que se iniciará, como ya se mencionó anteriormente, se puede tomar en realizaciones preferidas de la invención en función de una señal de preferencia proporcionada externamente o un parámetro de preferencia interna almacenado previamente o también en función de consideraciones de eficacia.

Se pueden obtener más detalles ventajosos de las realizaciones de la invención a partir de las reivindicaciones secundarias, el dibujo y la descripción asociada. La invención se describe con más detalle a continuación con referencia a un dibujo que muestra realizaciones ejemplares de la invención, que no son de ninguna manera limitantes, donde se utilizan números de referencia idénticos en todas las figuras para designar elementos idénticos. Muestran:

Fig.1 una central hidroeléctrica de acumulación por bombeo ejemplar con una máquina asíncrona de doble alimentación según una realización de la invención, en forma de un diagrama de bloques muy simplificado; Fig. 2 una curva característica ejemplar que ilustra la potencia de bombeo en comparación con la velocidad de giro del rotor y la frecuencia de corriente del rotor para una central hidroeléctrica de acumulación por bombeo con una máquina asíncrona de doble alimentación;

Fig. 3 un diagrama de flujo de un procedimiento para operar una central hidroeléctrica de acumulación por bombeo con una máquina asíncrona de doble alimentación, por ejemplo, la central hidroeléctrica de acumulación por bombeo según la Fig. 1, según una realización de la invención, en una representación simplificada;

Fig. 4 un diagrama de flujo de una realización modificada del procedimiento operativo de la Fig. 3, en representación simplificada; y

La Fig. 5 muestra un diagrama de bloques de otra realización de un sistema y procedimiento para operar una central hidroeléctrica de acumulación por bombeo con una máquina asíncrona de doble alimentación, en una representación de diagrama de bloques muy simplificada.

En la Fig. 1, una ilustración de diagrama de bloques muy simplificada muestra una central hidroeléctrica de acumulación por bombeo 1 para almacenar energía eléctrica de una red eléctrica 2 en forma de energía potencial de un agua bombeada (no se ilustra en detalle) y para alimentar energía eléctrica de vuelta a la red eléctrica 2 según sea necesario, que se obtiene sobre la base de la energía potencial del agua bombeada. Con este fin, la central hidroeléctrica de acumulación por bombeo 1 está provista de un dispositivo de bomba/turbina 3 que está conectado en términos de accionamiento a una máquina asíncrona 4 de doble alimentación. Aunque aquí se ilustra simbólicamente solo un único dispositivo de bomba/turbina, ya que está conectado a la máquina asíncrona a través de un eje de transmisión 6, se pueden acoplar varios dispositivos de bomba/turbina también a la máquina asíncrona 4 a través de un eje de transmisión 6 común. Además, se pueden utilizar tanto turbinas de bomba integradas como bombas y turbinas separadas, cada una de las cuales está especialmente optimizada para el bombeo o el funcionamiento de la turbina.

La máquina asíncrona de doble alimentación 4 esencialmente presenta un dispositivo motor-generador 7 y un convertidor de frecuencia 8. El dispositivo motor-generador 7presenta, de la forma habitual, de un estator 9, provisto de bobinados de estator (no mostrados en detalle aquí), y de un rotor 11, rodeado por el estator y con bobinados de rotor (no mostrados en detalle aquí). El rotor está diseñado como un rotor de anillo de deslizamiento.

El generador asíncrono 7 se alimenta tanto a través de conexiones de estator como a través de conexiones de rotor, lo que da lugar a la designación de la máquina asíncrona de doble alimentación. En la configuración de la máquina asíncrona de doble alimentación 4 que se muestra en la Fig. 1, el estator está conectada o se puede conectar directamente a la red eléctrica 2, mientras que el circuito de rotor 12 está conectado o se puede conectar a la red eléctrica 2 a través del convertidor 8.

El convertidor de frecuencia 8 está diseñado en una configuración denominada back-to-back con dos convertidores parciales trifásicos, que incluyen un convertidor parcial 13 en el lado de la máquina o del rotor y un convertidor parcial 14 en el lado de la red, que están conectados entre sí a través de un circuito intermedio de tensión de CC 17. En este caso, el circuito intermedio de voltaje de CC 17 es un circuito en serie de condensadores 18 que están dispuestos entre una línea de conexión positiva y una negativa del circuito intermedio de voltaje de CC 17.

Los convertidores parciales 13, 14 están configurados para rectificar el voltaje alterno trifásico en uno de sus lados y para proporcionarlo en el circuito intermedio de voltaje de CC 17 y, a la inversa, para alternar el voltaje de CC del circuito intermedio de voltaje de CC 17. Los convertidores parciales 13, 14, son convertidores de energía controlados por voltaje (los llamados convertidores de fuente de voltaje, VSC) y pueden ser convertidores de energía de dos niveles o de múltiples niveles que presentan una serie de interruptores semiconductores de energía controlables (no se muestran en detalle aquí), en particular IGBT con diodos de rueda libre antiparalelos, tiristores, IGCT, GTO o similares, que están adecuadamente conectados a circuitos de puente y se pueden registrar a alta frecuencia para lograr la dirección directa o alterna. Generalmente se conocen en la técnica varias configuraciones de conversores que se pueden utilizar en este caso.

El lado de red 19 del convertidor parcial 14 en el lado de red está conectado o puede conectarse a la red eléctrica 2 a través de un transformador 21 y un filtro de red 22, indicado aquí solo por un cebador 22. Además, un transformador de red 23 está dispuesto entre la red eléctrica 2 y la máquina asíncrona de doble alimentación 4, cuyo transformador está conectado al punto de conexión entre el circuito de rotor 12 y el circuito de estator 24 para convertir el nivel de voltaje y corriente de la red 2 a un nivel de voltaje y corriente adecuado de la máquina asíncrona 4 y viceversa. Además, en la realización que se muestra en la Fig. 1, se proporcionan una pluralidad de interruptores, que incluyen un primer interruptor 25, que está dispuesto en el circuito de rotor 12, y un segundo interruptor 26, que permiten aislar eléctricamente el convertidor 8 y el motor-generador 8, si es necesario, de la red eléctrica 2, incluido el transformador de red eléctrica 23. Un interruptor de cambio 27, que está dispuesto en el circuito de estator 24, sirve para el cambio entre el funcionamiento de la turbina (T) y el funcionamiento de la bomba (P). Además, se puede proporcionar un interruptor de puesta a tierra 28 para poner a tierra el circuito de rotor 12 o el circuito de estator 24 según sea necesario y/o un interruptor de arranque y frenado 29 en el dispositivo motor-generador 7.

En el lado de máquina o rotor 31 del convertidor 13, también se proporciona una disposición de filtro, que incluye un inductor 32 conectado al circuito del rotor y un filtro de salida 33 con un circuito en serie de una resistencia y un condensador, que están conectados entre el circuito del rotor 12 y la tierra local. La disposición del filtro sirve para atenuar las oscilaciones no deseadas y suprimir las frecuencias altas o picos de voltaje que son causados por el cambio de los interruptores semiconductores en el convertidor 8.

Con el fin de enfriar los interruptores semiconductores de energía o los módulos semiconductores de energía, que se someten a una alta carga térmica como resultado del reloj de alta frecuencia, se proporciona preferentemente un sistema de enfriamiento por agua indicado en este caso con un bloque 34. Además, el convertidor 8 está dispuesto preferentemente en una cámara convertidora 36 con aire acondicionado, en la que preferentemente se alojan todos los componentes electrónicos de potencia. Preferentemente, se puede proporcionar un sistema de enfriamiento de aire 37 para enfriar el espacio del convertidor 36.

Como también puede verse en la Fig. 1, la central hidroeléctrica de acumulación por bombeo 1 presenta un dispositivo sensor 38 para detectar variables de funcionamiento de corriente y un dispositivo de control 39 que está conectado en términos de comunicación con el dispositivo sensor 38 y está configurado para controlar el funcionamiento de la central hidroeléctrica de acumulación por bombeo 1 en función de las variables de funcionamiento detectadas por el dispositivo sensor 38. El dispositivo sensor 38 puede contener una variedad de transductores de voltaje, corriente y otros que se muestran solo parcialmente aquí y no se designan individualmente por razones de claridad. Como se puede ver en la Fig. 1, por ejemplo, se pueden medir los voltajes trifásicos u^s y las corrientes i^s en el circuito del estator 24, los voltajes trifásicos u^r y las corrientes í^r en el lado del rotor 31 del convertidor 8 y el voltaje de CC U^dc del circuito intermedio de tensión de CC 17. También se pueden medir otros valores eléctricos en el circuito del que se pueden derivar las corrientes y voltajes mencionados anteriormente. Opcionalmente, también se puede medir la velocidad de giro n del rotor 11. Además, la temperatura ambiente T en el entorno del convertidor 8 se mide preferentemente en el espacio del convertidor 36. Estas y otras variables son detectadas por el dispositivo sensor 38, convertidas en señales eléctricas asociadas y transmitidas al dispositivo de control 39.

El dispositivo de control 39 recibe las señales eléctricas que son suministradas por el dispositivo sensor 38 y caracterizan las variables de funcionamiento, y utiliza una lógica de control predeterminada para determinar las señales de control para controlar los diversos componentes de la central hidroeléctrica de acumulación por bombeo 1. En particular, el dispositivo de control 38 controla adecuadamente los interruptores semiconductores de potencia del convertidor parcial 14 del lado de la red y del convertidor parcial 13 del lado de la máquina para lograr un flujo de potencia activa en las dos direcciones en el modo de funcionamiento de la turbina o de bombeo, desde la red eléctrica 2 hasta el rotor 11 en un modo de bombeo y desde el rotor 11 hasta la red 2 en el modo de funcionamiento de la turbina. El dispositivo de control 38 también controla el sistema de enfriamiento por agua 34 para el convertidor 8 y el sistema de enfriamiento de aire 37 para enfriar adecuadamente el convertidor 8 o el espacio del convertidor 36. Con el fin de almacenar la lógica de control, los parámetros asociados, las variables operativas detectadas y otros datos generados durante el funcionamiento, el dispositivo de control 39 presenta un dispositivo de almacenamiento que se muestra aquí como un bloque 41.

Debe mencionarse que la Fig. 1 muestra una realización simplificada de la invención en la que está dispuesto un único convertidor 8 en el circuito del rotor 12. Una pluralidad de dichos convertidores 8 pueden estar dispuestos paralelos entre sí entre la red 2 y el dispositivo motor-generador 7 a través de transformadores 21 separados o comunes para distribuir el flujo de energía sobre una pluralidad de ramificaciones. Además, numerosos otros dispositivos, tales como, por ejemplo, un dispositivo para limitar el voltaje del circuito intermedio de CC, y otros que normalmente pueden estar contenidos en la máquina asíncrona de doble alimentación 4, se han omitido de la Fig. 1 para mayor simplicidad y claridad.

En general, la central hidroeléctrica de acumulación por bombeo 1 descrita anteriormente funciona de la manera generalmente conocida de tal manera que, en tiempos de baja utilización de la red, cuando un exceso de suministro de energía eléctrica está presente en la red 2, la máquina asíncrona de doble alimentación 4 funciona en un modo de funcionamiento del motor con el fin de impulsar una bomba del dispositivo de bomba/turbina 3 con el fin de bombear un agua, que aquí no se muestra en detalle, en un depósito de agua superior. Como resultado, la energía eléctrica de la red 2 se convierte en energía potencial del agua y se almacena. Para este propósito, el dispositivo de control 39 controla el convertidor 8 de una manera adecuada para disminuir y convertir la cantidad de energía proporcionada por la red 2 de la manera más óptima posible. En particular, el dispositivo de control 39 controla el convertidor 8 de una manera adecuada para conectar voltajes y corrientes sinusoidales de una manera similar a un pulso al rotor 11, más exactamente a los devanados del rotor, según un valor nominal de corriente de la frecuencia de corriente del rotor, para lograr una velocidad de giro del rotor a la que la potencia transmitida a través del estator y el rotor corresponde al requisito de potencia.

En tiempos de un alto requerimiento de energía, la energía potencial del agua se puede convertir inversamente mediante una turbina del dispositivo de bomba/turbina 3 en energía mecánica de rotación del eje de transmisión 6, de modo que el rotor 11 se acciona en rotación y el generador 7 genera energía eléctrica que se introduce en la red 2. Al controlar la velocidad de giro n del rotor 11 tanto en el modo de bomba como en el modo de turbina, la potencia deseada (correspondiente a un valor nominal de potencia actual) siempre se puede tomar de la red 2 y almacenarse o retroalimentarse en la red 2.

Como es bien sabido, la frecuencia angular de los voltajes y corrientes del rotor en una máquina asíncrona de doble alimentación está determinada por la frecuencia angular del campo del estator y la velocidad de giro del rotor. Para la frecuencia angular de la corriente del rotor se aplica la siguiente fórmula:

Q r — SG Dc,

donde ^üjs es la velocidad angular de la corriente del estator ®0 correspondiente a la velocidad angular síncrona y s es el deslizamiento determinado por la diferencia entre la velocidad síncrona y la velocidad angular mecánica del rotor :

Como se puede ver en las relaciones anteriores, la frecuencia angular de la corriente del rotor se vuelve muy baja cuando el deslizamiento es casi cero, es decir, la velocidad de giro n del rotor se acerca a la velocidad síncrona n⁰.

Como se describe en el documento mencionado anteriormente por Tan Yingjie y col. Como se explica con más detalle en "Deadband Control of Doubly-Fed Induction Generator around Synchronous Speed", una frecuencia de corriente del rotor baja, cuando la velocidad de giro n del rotor se acerca a la velocidad síncrona n⁰, da como resultado fluctuaciones altas y valores máximos de la temperatura, lo que puede acortar la vida útil de los interruptores de semiconductores de potencia utilizados en el convertidor parcial 13 en el lado del rotor. En particular, la temperatura de unión de los semiconductores de potencia alcanza su máximo a la velocidad síncrona cuando el deslizamiento es bajo y la duración del ciclo de temperatura es relativamente larga. La baja frecuencia del rotor provoca aumentos y descensos de temperatura mucho más largos, mayores fluctuaciones de pico de la temperatura y, en general, una mayor carga térmica en los interruptores semiconductores de potencia y otros componentes en el circuito del rotor. En este sentido, debe evitarse el funcionamiento en un intervalo específico alrededor de la velocidad síncrona n⁰, es decir, en una banda muerta [n⁰-An, n⁰+An]. En las centrales hidroeléctricas de acumulación por bombeo conocidas con máquinas asíncronas de doble alimentación, en este sentido, la tolerancia An correspondiente a los límites térmicos de los dispositivos semiconductores utilizados se fija por adelantado, antes de la puesta en servicio, para garantizar que no se provoquen temperaturas de capa de barrera no admisibles de los semiconductores durante el funcionamiento.

La Fig. 2 muestra una curva característica de ejemplo que ilustra la potencia de bombeo P de la central hidroeléctrica de acumulación por bombeo 1 en función de la velocidad de giro n del rotor o la frecuencia de corriente del rotor f ^r. En general, la máquina asíncrona de doble alimentación 4 de una central hidroeléctrica de acumulación por bombeo 1 puede funcionar en un intervalo de velocidad de giro limitado de m a n² alrededor de la velocidad síncrona n⁰, que corresponde a un intervalo de control de potencia P¹ a P² de la potencia de la bomba. La velocidad de giro n se puede ajustar mediante la impresión de una frecuencia de corriente de rotor deseada f^r. Como se mencionó anteriormente, en un intervalo de velocidad de giro del rotor [n⁰ -An, n⁰+An] alrededor de la velocidad síncrona n⁰, la frecuencia de la corriente del rotor se vuelve tan baja en el intervalo [-Af, Af] que las corrientes del rotor causan una carga térmica considerable en los semiconductores del convertidor 8 y en los bobinados del rotor. Esto generalmente excluye el funcionamiento dentro de la banda muerta síncrona [-Af, Af] de la frecuencia de corriente del rotor. De esta manera, sin embargo, el sistema en el intervalo de potencia de la bomba [P(n^o - An), P(n^o+ 5An)] no se puede usar o no se puede usar de manera óptima.

Para evitar esta desventaja, según la invención, la banda muerta síncrona no admisible [-Af, Af] de la frecuencia de corriente del rotor o [n^o-An, n^o+An] de la velocidad de giro del rotor siempre se determina de forma dinámica y actualizada durante el funcionamiento en función de las condiciones de corriente respectivas de la central hidroeléctrica de acumulación por bombeo 1. De esta manera, la banda muerta síncrona se puede adaptar a las condiciones respectivamente existentes y, en particular, se puede minimizar según el estado actual de la central eléctrica 1, para permitir un funcionamiento continuo incluso en las proximidades de la frecuencia del rotor síncrono en una sección del intervalo de control de la máquina asíncrona que se excluiría en el caso de una banda muerta predeterminada de forma fija.

La Fig. 3 ilustra un diagrama de flujo simplificado de un procedimiento según la invención para operar una central hidroeléctrica de acumulación por bombeo, por ejemplo, la central hidroeléctrica de acumulación por bombeo Isegún con la Fig. 1, según una realización ejemplar de la invención. En la etapa S1, se miden variables operativas de corriente, tales como, por ejemplo, los voltajes y corrientes en el circuito del estator 24 y el circuito del rotor 12, por ejemplo, con los sensores del dispositivo sensor 38.

En la etapa S2, los valores nominales para la corriente y el voltaje que se van a aplicar al devanado del rotor, incluido un valor nominal de corriente para la frecuencia de corriente del rotor, se determinan en función de la potencia nominal a transmitir entre la red eléctrica, por ejemplo, la red 2, y la máquina asíncrona de doble alimentación 4, por ejemplo, la máquina asíncrona, en función de las variables de funcionamiento de corriente medidas. La frecuencia del rotor se puede determinar, por ejemplo, en función de las relaciones conocidas entre la frecuencia de corriente del rotor y la potencia de la bomba o turbina, por ejemplo, en función de una curva característica que se muestra a modo de ejemplo en la Fig. 2. Alternativamente, se puede determinar el valor nominal para la velocidad de giro mecánica del rotor 11, que representa una variable equivalente a la frecuencia de corriente del rotor.

En una etapa S3 opcional, el valor nominal de frecuencia de rotor actual o el valor nominal de la velocidad de giro determinado de esta manera puede, si corresponde, compararse con una banda muerta síncrona no admisible predefinida si dicha banda muerta se ha predefinido de antemano. Si el valor nominal de frecuencia actual del rotor no cae dentro de la banda muerta síncrona, el proceso continúa con la etapa S4. De lo contrario, el procedimiento procede con la etapa S5.

En la etapa S4, el convertidor, por ejemplo, el convertidor 8, se controla de una manera modulada, por ejemplo, mediante modulación de ancho de pulso, para conectar voltajes y corrientes sinusoidales con el valor nominal actual de la frecuencia de corriente del rotor al rotor de una manera pulsada. Posteriormente, el procedimiento vuelve a la etapa S1.

Si el valor nominal de la frecuencia del rotor actual o el valor nominal de la velocidad de giro cae en la banda muerta síncrona predeterminada de antemano (sí, en la etapa S3) o si no se lleva a cabo la etapa S3, el estado actual de la central hidroeléctrica de acumulación por bombeo, por ejemplo, de la central eléctrica 1, se determina en la etapa S5. El estado actual de la central hidroeléctrica de acumulación por bombeo se determina en función de una o más variables características, que pueden incluir, de modo no restringido, voltajes en el lado de máquina del convertidor, corrientes en el lado de máquina del convertidor, la frecuencia de corriente del rotor, el factor de potencia en el lado de máquina del convertidor, el voltaje en un circuito intermedio de voltaje de CC, por ejemplo, el circuito intermedio 17 del convertidor, el patrón de pulso utilizado para controlar el convertidor, la frecuencia de reloj utilizada para controlar el convertidor, una temperatura ambiente del convertidor, según lo medido por el sensor de temperatura T, una temperatura de agua de enfriamiento y/o un flujo de agua de enfriamiento del enfriamiento por agua, por ejemplo, el enfriamiento por agua 34, del convertidor, y otros. Además, se pueden tener en cuenta variables o parámetros de influencia fijos e invariables, que incluyen el tipo de construcción de los conmutadores o módulos semiconductores utilizados en el convertidor, el diseño nominal del convertidor, los circuitos de semiconductores de potencia utilizados (por ejemplo, elementos amortiguadores que no se muestran en detalle aquí) y/o las resistencias térmicas y capacitancias térmicas conocidas dentro de los componentes.

Las relaciones entre estas variables, que caracterizan el estado actual de la central hidroeléctrica de acumulación por bombeo, y la banda muerta síncrona no admisible se pueden definir de antemano como funciones, curvas características, tablas de búsqueda, algoritmos implementados o de alguna otra manera adecuada, determinada empíricamente, almacenada y luego utilizada en línea durante el funcionamiento. La determinación del estado de la central hidroeléctrica de acumulación por bombeo, incluidas las variables que la caracterizan, puede tener lugar de forma continua, por ejemplo, en cada etapa de iteración del procedimiento ilustrado en la Fig. 3, o solo de forma periódica a intervalos definidos.

En la etapa S6, la banda muerta síncrona actualmente no admisible se determina posteriormente en función del estado actual de la central hidroeléctrica de acumulación por bombeo en función de una o más variables que caracterizan el estado actual de la central hidroeléctrica de acumulación por bombeo. Se tienen en cuenta las combinaciones de variables características que dan lugar a la banda muerta síncrona mínima no admisible.

En la etapa S7, se verifica a continuación si el valor nominal de frecuencia de corriente del rotor actual o el valor nominal de velocidad de giro se encuentra dentro de la banda muerta síncrona instantánea. Si este no es el caso (no, en la etapa S7), el procedimiento procede a continuación con la etapa S4, en la que se controla el convertidor de manera normal para generar la corriente de rotor deseada y el voltaje de rotor deseado con el valor nominal de la frecuencia de corriente del rotor y aplicarlo al devanado de rotor.

Si el valor nominal de la frecuencia de la corriente del rotor o el valor nominal de la velocidad de giro se encuentran dentro de la banda muerta síncrona instantánea (sí, en la etapa S7), se toman medidas en la etapa S8 para evitar el funcionamiento de la central hidroeléctrica de acumulación por bombeo dentro de esta banda muerta.

Las medidas que se toman en la etapa S8 dependen de los deseos y requisitos individuales de los operadores de las centrales hidroeléctricas de acumulación por bombeo. En el caso más sencillo, el funcionamiento de la central hidroeléctrica de acumulación por bombeo 1 podría detenerse temporalmente hasta que se vuelvan a producir puntos de funcionamiento fuera de la banda muerta síncrona no admisible. Sin embargo, se inician preferentemente medidas correctivas para continuar el funcionamiento de la central hidroeléctrica de acumulación por bombeo, aunque posiblemente en un punto de funcionamiento subóptimo.

La Fig. 4 muestra una variante ventajosa del procedimiento según la invención según la Fig. 3, que hace posible introducir medidas correctivas adecuadas para continuar el funcionamiento de la central hidroeléctrica de acumulación por bombeo con una banda muerta síncrona instantánea no admisible adicionalmente reducida. En la etapa S11, se considera una primera medida correctiva, por ejemplo, una primera medida correctiva de una pluralidad de medidas correctivas almacenadas previamente que son capaces de cambiar el estado de la central hidroeléctrica de acumulación por bombeo. Estas medidas pueden incluir, por ejemplo, una reducción en la frecuencia de reloj para controlar el convertidor. Una frecuencia de reloj reducida para los interruptores semiconductores del convertidor da como resultado desviaciones de temperatura más bajas y, por lo tanto, una temperatura máxima más baja de los interruptores semiconductores. De manera alternativa o adicional, también es posible considerar un cambio en el patrón de pulso para controlar el convertidor. Como es bien sabido, diferentes procedimientos de modulación, que incluyen diferentes procedimientos de modulación de ancho de pulso, en diferentes modos de funcionamiento de los convertidores y a diferentes frecuencias de reloj pueden dar como resultado diferentes pérdidas de energía de los elementos semiconductores del convertidor y diferentes cargas de temperatura asociadas con ello. Además, se puede tener en cuenta una reducción en el voltaje del circuito intermedio de CC del convertidor, que también puede conducir a una reducción en la carga térmica en los elementos semiconductores. Se puede considerar además la reducción de la potencia reactiva regulada, como resultado de lo cual se reduce la corriente y, por lo tanto, la carga y la temperatura de los elementos semiconductores y otros componentes del sistema. Además, la carga térmica se puede contrarrestar mediante una reducción adicional en la temperatura del agua de enfriamiento y/o un aumento en el caudal de agua de enfriamiento durante el enfriamiento por agua del convertidor. Además, es posible reducir la temperatura ambiente en un espacio del convertidor, por ejemplo, el espacio del convertidor 36, mediante el aumento de la potencia de un sistema de refrigeración por aire. Mediante cada una de estas medidas, se puede reducir la carga térmica en los componentes del sistema y, como resultado, se puede cambiar o mejorar el estado del sistema de tal manera que se pueda reducir aún más la banda muerta síncrona.

En la etapa S12, los efectos de la medida correctiva que se acaba de considerar en la banda muerta síncrona se estiman sobre la base de las relaciones almacenadas. Estas relaciones se conocen generalmente, por ejemplo, se pueden tomar hojas de datos de elementos o módulos semiconductores, o se pueden determinar empíricamente de antemano, antes de la puesta en marcha de una central hidroeléctrica de acumulación por bombeo, y almacenarse en una memoria, por ejemplo, el dispositivo de almacenamiento 41, con el fin de usarse en funcionamiento en la etapa S12. Estas relaciones o correlaciones se pueden almacenar como funciones, curvas características, tablas de búsqueda o algoritmos implementados o de cualquier otra manera adecuada.

En la etapa S13, se comprueba si existen otras medidas correctivas, incluidas las relaciones previamente almacenadas entre ellas y los efectos sobre la banda muerta síncrona, que puedan tenerse en cuenta. Si este es el caso (sí, en la etapa S13), se contempla la siguiente medida correctiva en la etapa S14 y a continuación se regresa a la etapa S12 para estimar su efecto en la banda muerta síncrona.

Si no se debe tener en cuenta ninguna otra medida correctiva (no, en la etapa S13), se selecciona a continuación al menos una medida correctiva eficaz en la etapa S15 para minimizar o al menos reducir la banda muerta síncrona. Se pueden seleccionar e iniciar combinaciones de varias medidas.

En la siguiente etapa S6, la banda muerta síncrona actualmente no admisible se determina según la etapa S6 según la Fig. 3 en función de las variables que caracterizan el estado actual de la central hidroeléctrica de acumulación por bombeo.

En la etapa S7, de forma análoga, se comprueba el valor nominal de la frecuencia de corriente del rotor o el valor nominal de la velocidad de giro para determinar si se encuentra dentro de la banda muerta síncrona instantánea. Si este es el caso y si no se dispone de más medidas correctivas que aún podrían tomarse, se pueden implementar y llevar a cabo estrategias alternativas en la etapa S16, que pueden incluir, por ejemplo, el funcionamiento en otro punto de funcionamiento subóptimo con intercambio de energía reducido o el funcionamiento a través de la banda muerta síncrona si el funcionamiento se puede restringir a un período de tiempo corto y aún aceptable dentro de este último. El funcionamiento de la central hidroeléctrica de acumulación por bombeo también se puede interrumpir temporalmente apagando temporalmente la máquina asíncrona 4 y el dispositivo de bomba/ turbina 3.

Si el valor nominal de la frecuencia de la corriente del rotor o el valor nominal de la velocidad de giro no se encuentra dentro de la banda muerta síncrona instantánea (no, en la etapa S7 según la Fig. 4), el convertidor se controla de manera correspondiente en la etapa S4 para suministrar los voltajes y las corrientes con el valor nominal de la frecuencia de la corriente del rotor para el rotor.

En una etapa S17 ventajosa, aunque opcional, se pueden llevar a cabo medidas compensatorias para mitigar ciertas desventajas o impedimentos que están asociados con la implementación de las medidas correctivas. Si, por ejemplo, se detecta un aumento de la proporción de armónicos en los voltajes o corrientes del rotor o un aumento de las ondas de corriente, la frecuencia del reloj y/o el patrón de pulso para controlar el convertidor se pueden cambiar para reducir los armónicos y/o las ondas de corriente. De manera alternativa o adicional, en el caso de que la potencia reactiva regulada en el convertidor parcial en el lado de la máquina se reduzca para reducir la carga térmica, el intervalo de potencia reactiva disponible más pequeño se puede compensar utilizando el convertidor parcial en el lado de la red. También se pueden proporcionar otras medidas compensatorias en la etapa S17.

La Fig. 4 también muestra una modificación ventajosa adicional del procedimiento según la invención. Como se puede ver a partir de los bloques S18 y S19, la medida correctiva eficaz que se iniciará se puede seleccionar en función de una señal o parámetro de preferencia para evitar el funcionamiento dentro de la banda muerta síncrona no admisible. Por ejemplo, una señal de preferencia desde el exterior, por ejemplo, desde un punto de control central, puede alimentarse a la central eléctrica 1 y, si es necesario, evaluarse en la etapa S18, por ejemplo, por el dispositivo de control 39. Un parámetro de preferencia, que caracteriza la medida correctiva preferida, también se puede definir de antemano, por ejemplo, durante la puesta en marcha o una medida de mantenimiento, y almacenarse, por ejemplo, en el dispositivo de almacenamiento 41 para su uso posterior. Después de que la decisión sobre la medida correctiva a iniciar se haya tomado en la etapa S19 en función de la señal o parámetro de preferencia, el procedimiento procede a continuación con la etapa S6. Por lo tanto, las etapas S18 y S19 se pueden llevar a cabo como una alternativa a las etapas S11-S15.

Las etapas S18 y S19 también podrían llevarse a cabo en combinación con las etapas S11-S15 si la señal de preferencia externa o el parámetro de preferencia interna identifican una pluralidad de medidas correctivas preferidas que luego se evalúan según las etapas S11-S15, si es necesario, con respecto a la eficacia en la reducción de la banda muerta no admisible en las condiciones de funcionamiento instantáneas.

La Fig. 5 muestra un diagrama de bloques de una otra realización de la invención que permite el funcionamiento con una banda muerta síncrona instantánea minimizada con una utilización máxima del suministro de energía de la red eléctrica 2. La Fig. 5 muestra solo una representación esquemática muy simplificada con los bloques de funciones relevantes y las vías de señalización que ilustran el modo de funcionamiento de esta realización.

La diferencia entre la realización según la Fig. 5 y las realizaciones explicadas anteriormente es que utiliza varias unidades de bomba/turbina para optimizar el funcionamiento y la banda muerta síncrona. Aunque aquí solo se muestran dos unidades de bomba/turbina, el principio se puede aplicar a cualquier número de unidades de bomba/turbina.

Con referencia a la Fig. 5, la central hidroeléctrica de acumulación por bombeo 1 tiene una primera máquina asíncrona de doble alimentación 4a que está conectada a la red eléctrica 2 a través de un primer convertidor 8 (que no se muestra en detalle aquí) y además está acoplada en términos de accionamiento a un primer dispositivo de bomba/turbina 3a. Para mayor simplicidad, la combinación de estos componentes 3a, 4a, 8 se denominará aquí primera unidad de bomba 42a, aunque también se puede utilizar para el funcionamiento de la turbina. Para controlar el funcionamiento de la primera unidad de bomba 42a, se asigna una primera unidad de control 39a del dispositivo de control 39 a la primera unidad de bomba.

Además, está prevista una segunda unidad de control 39b 39, que controla el funcionamiento de una segunda unidad de bomba 42b, a la que pertenece una segunda máquina asíncrona de doble alimentación 4b con un convertidor 8,que no se muestra en detalle, y un segundo dispositivo de bomba/turbina 3b.

Un dispositivo de optimización 43 está en comunicación con la primera y la segunda unidad de control 39a, 39b, e intercambia datos con ellas para ajustar el funcionamiento de las dos unidades de bomba 42a, 42b, de tal manera que se posibilite el funcionamiento de la central hidroeléctrica de acumulación por bombeo 1 lo más continuo posible y sin problemas en todo el intervalo de potencia controlable con una banda muerta síncrona minimizada. Aunque la Fig. 5 ilustra un dispositivo de optimización 43 de nivel superior con respecto a las unidades de control 39a, 39b, las unidades de control 39a, 39b también podrían comunicarse directamente entre sí y controlar conjuntamente el funcionamiento de la central hidroeléctrica de acumulación por bombeo 1.

La Fig. 5 también muestra un dispositivo de enfriamiento 34 por agua y un sistema de enfriamiento por aire 37 como ejemplos de dispositivos auxiliares que pueden ser influenciados para cambiar el estado de la central hidroeléctrica de acumulación por bombeo 1 con el fin de optimizar la banda muerta síncrona. Para este propósito, las unidades de control 39a, 39b suministran los comandos de control o ajuste 44a, 44b a los dispositivos 34, 37 para, por ejemplo, adaptar la velocidad de flujo y/o la temperatura del agua de enfriamiento del dispositivo de enfriamiento de agua 34 o la capacidad de enfriamiento del sistema de enfriamiento de aire 37. El dispositivo de optimización 43 también podría enviar comandos de control o ajuste correspondientes 44c directamente a los dispositivos 34, 37.

El dispositivo de enfriamiento por agua 34 y el sistema de enfriamiento por aire 37 a su vez informan valores instantáneos de variables de estado, que caracterizan el estado de los dispositivos 34, 37, a la primera unidad de control 39a, la segunda unidad de control 39b y, si corresponde, el dispositivo de optimización 43 a través de señales 46a, 46b o 46c, y, respectivamente, a través de sensores, que no se ilustran con más detalle aquí.

Cada una de las unidades de control 39a, 39b contiene una lógica con el fin de estimar el estado actual de la unidad de bomba 42a, 42b respectiva, teniendo en cuenta las señales de estado 46a, 46b recibidas y otras variables de funcionamiento medidas actualmente, como se explicó con más detalle anteriormente en relación con las Figuras 1-3, y para determinar una banda muerta síncrona instantánea dependiente del estado sobre la base de las mismas. Las unidades de control 39a, 39b informan esta banda muerta síncrona instantánea al dispositivo de optimización 43 a través de las señales de notificación correspondientes 47a, 47b. Además, las unidades de control 39a, 39b también determinan su intervalo de potencia reactiva controlable e informan esto al dispositivo de optimización 43 a través de las señales de notificación correspondientes 48a y 48b.

El dispositivo de optimización 43 también recibe una señal de entrada adicional que caracteriza la potencia activa nominal y la potencia reactiva nominal para su extracción de la red eléctrica y para su transmisión y almacenamiento a través de las unidades de bomba 42a, 42b en el modo de funcionamiento de bombeo o para su generación por las unidades 42a, 42b y para su alimentación a la red eléctrica 2 cuando las unidades 42a, 42b funcionan en el modo de turbina. Estos valores nominales de potencia activa y potencia reactiva se pueden determinar, por ejemplo, en función de la energía proporcionada actualmente por la red eléctrica 2 por una unidad de control y monitoreo de nivel superior (no se muestra en detalle aquí) y se pueden informar al dispositivo de optimización 43 o directamente a las unidades de control 39a, 39b. De manera alternativa, el dispositivo de optimización 43 o las unidades de control 39a, 39b también pueden determinar estos valores nominales en función de variables de funcionamiento medidas actualmente.

Una señal de parámetro 51 adicional, por ejemplo, externa, puede proporcionarse como una señal de entrada para el dispositivo de optimización 43, lo que indica la preferencia por la medida correctiva que el dispositivo de optimización 43 debe tomar para evitar el funcionamiento en la banda muerta síncrona no admisible de la frecuencia de corriente del rotor o la velocidad de giro del rotor y ventajosamente para reducir la banda muerta. En lugar de una señal de parámetro externo suministrada, por ejemplo, desde un centro de control remoto, también se puede utilizar un parámetro de preferencia 51 almacenado previamente, en el caso más sencillo, un indicador de preferencia.

El dispositivo de optimización 43 suministra señales de salida 52a, 52b a la primera y segunda unidad de bomba 42a, 42b, respectivamente, donde cada señal de salida 52a, 52b indica los valores específicos nominales para la potencia activa y la potencia reactiva que deben ser controladas por la respectiva unidad 42a, 42b. Estos componentes de potencia activa y reactiva asignados a las unidades 42a, 42b, son determinados por el dispositivo de optimización 43 en función de los valores o requisitos nominales de potencia activa y reactiva total que recibe a través de la señal de entrada 49, teniendo en cuenta los posibles intervalos de control de potencia reactiva (señales de notificación48a, 48b) reportados por las unidades 42a, 42b, y las bandas muertas síncronas instantáneas dependientes del estado de cada unidad de bomba 42a, 42b, (señales de notificación 47a, 47b). Ventajosamente, el dispositivo de optimización 49 puede, en función de una señal o parámetro de preferencia 51 respectivo, dividir arbitrariamente los valores nominales para la potencia activa y reactiva entre las al menos dos unidades de bomba 42a, 42b, de modo que estos valores nominales puedan ser controlados realmente por las unidades, mientras se evita el funcionamiento de cada unidad dentro de su banda muerta síncrona instantánea. En particular, es posible compensar el intervalo de potencia reactiva controlable, que se puede reducir por una de las unidades de bomba 42a, 42b con el fin de minimizar la banda muerta síncrona, por la otra de las unidades de bomba 42a, 42b con el fin de lograr el valor nominal de potencia reactiva objetivo requerido. Además, en función de los valores nominales de potencia activa y reactiva que se les ha dado respectivamente según las señales 52a y 52b, los propios grupos de bombeo 42a, 42b garantizan la optimización de su respectiva banda muerta instantánea de la manera descrita anteriormente en relación con las figuras 1-4, incluso para la aplicación de medidas correctivas y, en su caso, compensatorias adecuadas.

Alternativamente, dependiendo de una señal o parámetro de preferencia 51 correspondiente, el dispositivo de optimización puede indicar a una de las unidades de bomba 42a o 42bque opere con una banda muerta síncrona reducida mediante el uso de una medida correctiva eficaz, mientras que a la otra unidad de bomba 42b o 42a se le indica que opere en un modo de funcionamiento normal.

Es un procedimiento para operar una central hidroeléctrica de acumulación por bombeo 1 que utiliza una máquina asíncrona de doble alimentación 4 con un convertidor de frecuencia 8 en un circuito de rotor 12. El procedimiento incluye determinar un valor nominal de corriente para la frecuencia de corriente del rotor en función de una potencia nominal que se transmitirá entre una red eléctrica 2 y la máquina asíncrona de doble alimentación 4 en función de las variables de funcionamiento de corriente medidas. El procedimiento incluye además determinar y minimizar una banda muerta síncrona no admisible instantánea [- Af, Af]; [n^o - An, n^o+An] en función de una o más variables que caracterizan un estado actual de la central hidroeléctrica de acumulación por bombeo 4. La banda muerta síncrona [-Af, Af]; [n^o-An, n^o+An] está determinada por una frecuencia de corriente de rotor mínima requerida Af o diferencia entre la velocidad de giro An de la velocidad de giro del rotor admisible para el funcionamiento en estado estacionario y la velocidad síncrona n^o que se requiere para evitar deterioros y daños a los componentes del sistema debido a la carga térmica. El procedimiento también comprende controlar el convertidor para generar voltajes y corrientes con el valor nominal actual de la frecuencia de corriente del rotor para el rotor (11) de la máquina asíncrona (4) si el valor nominal actual de la frecuencia de corriente del rotor o velocidad de giro no cae de manera estacionaria en la banda muerta síncrona instantánea no admisible [-Af, Af]; [n^o-An, n^o+An]. También se describe un sistema para operar una central hidroeléctrica de acumulación por bombeo 1 con una máquina asíncrona 4 de doble alimentación.

Claims (17)

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento para operar una central hidroeléctrica de acumulación por bombeo con una máquina asíncrona de doble alimentación (4) que presenta un estator (9) que está conectado directamente a una red eléctrica (2) y un rotor (11) que está conectado a la red eléctrica (2) a través de un convertidor (8), donde el procedimiento presenta: determinar un valor nominal de corriente para una frecuencia de corriente de rotor o una velocidad de giro mecánica (n) del rotor (11) en función de una potencia nominal que se transmitirá entre la red eléctrica (2) y la máquina asíncrona de doble alimentación (4) en función de las variables de funcionamiento de corriente medidas; determinar uno o más valores que caracterizan un estado actual de la central hidroeléctrica de acumulación por bombeo (1);

determinar una banda muerta síncrona instantánea no admisible ([-Af, Af|; [n^o-An, n^o+Anj), que se determina mediante una frecuencia de corriente mínima del rotor (Af) o diferencia entre la velocidad de giro (An) de la velocidad de giro del rotor y la velocidad síncrona (n^o) requerida para el funcionamiento en estado estacionario, en función de la una o más variables que caracterizan el estado actual de la central hidroeléctrica de acumulación por bombeo (1) de tal manera que la banda muerta síncrona instantánea no admisible ([-Af, Af]; [n^o-An, n^o+An]) se minimiza según el estado actual de la central hidroeléctrica de acumulación por bombeo (1); y

controlar el convertidor (8) para conectar voltajes y corrientes sinusoidales con el valor nominal actual de la frecuencia de corriente del rotor al rotor (11) de una manera similar a un pulso si el valor nominal actual de la frecuencia de corriente del rotor o la velocidad de giro mecánica del rotor no cae de manera estacionaria en la banda muerta síncrona instantánea no admisible minimizada ([-Af, Af]; [n^o-An, n^o+An]).

2. Procedimiento según la reivindicación 1, donde el valor nominal de la frecuencia del rotor o de la velocidad de giro mecánica y/o la frecuencia mínima requerida del rotor o la velocidad de giro mecánica admisible para el funcionamiento en estado estable se determina en función de una o más de las siguientes variables de funcionamiento de corriente medidas: corrientes (i^s) en un circuito de estator (24), voltajes (u^s) en el circuito de estator (24), corrientes (^ír) en el lado de la red en un circuito de rotor (12) y velocidad de giro del rotor (n).

3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, donde la una o más variables que caracterizan un estado actual de la central hidroeléctrica de acumulación por bombeo (1) se detectan o determinan de forma continua o periódica.

4. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde uno o más valores que caracterizan un estado actual de la central hidroeléctrica de acumulación por bombeo (1) incluyen uno o más de los siguientes valores: voltajes en el lado de la máquina del convertidor (8), corrientes en el lado de la máquina del convertidor (8), frecuencia de corriente del rotor, factor de potencia en el lado de la máquina del convertidor (8), voltaje (U^dc) en un circuito intermedio de voltaje de CC (17) del convertidor (8), patrones de pulso para controlar el convertidor (8), frecuencia de reloj para controlar el convertidor (8), temperatura ambiente del convertidor (8), temperatura del agua de refrigeración y/ o velocidad de flujo cuando el convertidor (8) es enfriado por agua.

5. Procedimiento según la reivindicación 4, donde el estado actual de la central hidroeléctrica de acumulación por bombeo (1) se determina además teniendo en cuenta variables de influencia fijas, que incluyen una o más de las siguientes: diseño de interruptores semiconductores utilizados en el convertidor (8), dimensionamiento del convertidor (8), circuitos semiconductores utilizados y resistencias térmicas y capacitancias térmicas dentro de los componentes.

6. Procedimiento según la reivindicación 4 o 5, donde las relaciones entre las variables que caracterizan un estado actual de la central hidroeléctrica de acumulación por bombeo (1) y la banda muerta síncrona no admisible se almacenan de antemano como funciones, tablas de búsqueda o algoritmos implementados y se utilizan en funcionamiento.

7. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde una banda muerta síncrona fija está predeterminada de antemano y una banda muerta síncrona instantánea se determina solo en el caso de que el valor nominal actual de la frecuencia de corriente del rotor o de la velocidad de giro mecánica se encuentre dentro de la banda muerta síncrona predeterminada.

8. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde en el caso de que el valor nominal actual de la frecuencia de corriente del rotor o de la velocidad de giro mecánica caiga dentro de la banda muerta síncrona no admisible ([-Af, Af]; [n^o -An, n^o+An]), se inicia una medida correctiva para evitar el funcionamiento dentro de la banda muerta y/o este caso se informa a un controlador de nivel superior,

donde la medida correctiva comprende una reducción de la banda muerta sincrónica ([-Af, Af]; [n^o -An, n^o+An]) al cambiar el estado de la central hidroeléctrica de acumulación por bombeo (1) mediante una o más de las siguientes medidas:

reducir una frecuencia de reloj para controlar el convertidor (8),

cambiar el patrón de pulso para controlar el convertidor (8),

reducir un voltaje (U^dc) a través de un circuito intermedio de voltaje CC (17) del convertidor (8),

reducir la potencia reactiva regulada del convertidor (8),

cambiar una temperatura del agua de enfriamiento, un flujo de agua de enfriamiento o ambos cuando el convertidor (8) está enfriado por agua, y

reducir la temperatura ambiente en un espacio del convertidor (36) mediante un sistema de refrigeración por aire (37).

9. Procedimiento según la reivindicación 8, donde la medida correctiva a iniciar se selecciona para evitar el funcionamiento dentro de la banda muerta en respuesta a una señal o parámetro de preferencia (51).

10. Procedimiento según la reivindicación 8 o 9, donde la medida correctiva a iniciar para evitar el funcionamiento dentro de la banda muerta se determina mediante comparación de varias medidas correctivas posibles, teniendo en cuenta sus efectos en la banda muerta síncrona no admisible ([-Af, Af]; [n^o -An, n^o+Anj).

11. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 8-10, que comprende además medidas compensatorias para mitigar los impedimentos asociados con la o las medida(s) correctiva(s), donde las medidas compensatorias incluyen una o más de las siguientes:

cambiar la frecuencia del reloj, el patrón de impulsos para controlar el convertidor (8) o ambos para reducir los armónicos y/o ondulaciones de corriente,

compensar un intervalo de potencia reactiva disponible más pequeño mediante el uso de un convertidor parcial del lado de la línea (14) del convertidor (8), y

compensar un intervalo de potencia reactiva disponible más pequeño, de una potencia activa reducida o de ambos en una máquina asíncrona de doble alimentación (4a) al utilizar al menos otra máquina asíncrona de doble alimentación (4b).

12. Sistema para operar una central hidroeléctrica de acumulación por bombeo (1) con una máquina asíncrona de doble alimentación (4) que presenta un estator (9) conectado directamente a una red eléctrica (2) y un rotor (11) conectado a la red eléctrica (2) a través de un convertidor (8), y medios de bomba/turbina (3) conectados de forma accionada a la máquina asíncrona de doble alimentación (4), donde el sistema comprende:

un dispositivo sensor (38) para medir las variables de funcionamiento de corriente, incluidas las corrientes (i^s, í^r) y los voltajes (u^s) en un circuito de estator (24) y un circuito de rotor (12); y

un dispositivo de control (38) para controlar el funcionamiento de la central hidroeléctrica de acumulación por bombeo (1), que está conectado en comunicación con el dispositivo sensor (38) y está configurado para

determinar un valor nominal de corriente para una frecuencia de corriente del rotor o una velocidad de giro mecánica del rotor en función de una potencia nominal que se transmitirá entre la red eléctrica (2) y la máquina asíncrona de doble alimentación (4) en función de las variables de funcionamiento de corriente medidas,

determinar una o más variables que caractericen un estado actual de la central hidroeléctrica de acumulación por bombeo (1),

determinar una banda muerta síncrona instantánea no admisible ([-Af, Af]; [n⁰-An, n⁰+An]), que está determinada por una frecuencia de corriente de rotor mínima requerida (Af) o diferencia entre la velocidad de giro (An) de la velocidad de giro de rotor admisible para el funcionamiento en estado estacionario y la velocidad síncrona (n⁰), en función de una o más variables que caracterizan el estado actual de la central hidroeléctrica de acumulación por bombeo (1), de manera que la banda muerta síncrona instantánea no admisible ([-Af, Af]; [n⁰-An, n⁰+An]) se minimiza según el estado actual de la central hidroeléctrica de acumulación por bombeo (1), y

controlar el convertidor (8) con el fin de conectar tensiones y corrientes sinusoidales con el valor nominal actual de la frecuencia de corriente del rotor al rotor (11) de una manera similar a un pulso si el valor nominal de la frecuencia de corriente del rotor o la velocidad de giro mecánica del rotor no cae de manera estacionaria en la banda muerta síncrona instantánea no admisible minimizada ([-Af, Af]; [n⁰-An, n⁰+An]).

13. Sistema según la reivindicación 12, donde una o más de las variables que caracterizan un estado actual de la central hidroeléctrica de acumulación por bombeo (1) incluyen una o más de los voltajes variables en el lado de la máquina del convertidor (8), corrientes en el lado de la máquina del convertidor (8), frecuencia de corriente del rotor, factor de potencia en el lado de la máquina del convertidor (8), voltaje (U^dc) en un circuito intermedio de voltaje de CC (17) del convertidor (8), patrones de pulso para controlar el convertidor (8), frecuencia de reloj para controlar el convertidor (8), temperatura ambiente del convertidor (8), temperatura del agua de refrigeración y velocidad de flujo cuando el convertidor (8) se enfría por agua, y el dispositivo de control (39) se configura para determinar el estado actual de la central hidroeléctrica de acumulación por bombeo (1) en función de las relaciones entre las variables que caracterizan un estado actual de la central hidroeléctrica de acumulación por bombeo (1) y la banda muerta sincrónica no admisible, donde las relaciones están almacenadas previamente en una memoria (41) como funciones de búsqueda, tablas o algoritmos implementados.

14. Sistema según la reivindicación 12 o 13, donde el medio de control (39) está dispuesto para iniciar una medida correctiva para evitar el funcionamiento dentro de la banda muerta en caso de que el valor nominal determinado de la frecuencia de corriente del rotor o la velocidad de giro mecánica del rotor caiga dentro de la banda muerta síncrona no admisible ([-Af, Af]; [n⁰ -An, n⁰+An]), donde la medida correctiva incluye una reducción de la banda muerta síncrona cambiando el estado de la central hidroeléctrica de acumulación por bombeo (1), con cuyo fin el dispositivo de control (39) está dispuesto para efectuar una o más de las siguientes medidas:

reducir una frecuencia de reloj para controlar el convertidor (8),

cambiar el patrón de pulso para controlar el convertidor,

reducir un voltaje (U^dc) a través de un circuito intermedio de voltaje CC (17) del convertidor (8),

reducir la potencia reactiva regulada del convertidor (8),

cambiar una temperatura del agua de enfriamiento, un flujo de agua de enfriamiento o ambos cuando el convertidor (8) está enfriado por agua, y

reducir la temperatura ambiente en un espacio del convertidor (36) mediante el aumento de la capacidad de enfriamiento de un sistema de enfriamiento de aire (37).

15. Sistema según la reivindicación 14, donde la medida correctiva a iniciar se selecciona para evitar el funcionamiento dentro de la banda muerta en respuesta a una señal de preferencia externa recibida o un parámetro de preferencia interna almacenado previamente (51).

16. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 12-15, donde el convertidor (8) comprende un convertidor parcial del lado de la red eléctrica (14) y un convertidor parcial del lado de la máquina (13) que están conectados entre sí a través de un circuito intermedio de CC (17), donde el dispositivo de control (39) está dispuesto para operar la máquina asíncrona de doble alimentación (4) con banda muerta síncrona reducida al reducir la potencia reactiva regulada por el convertidor parcial del lado de la máquina (13) y para compensar el intervalo de potencia reactiva disponible reducida mediante un control modificado del convertidor parcial del lado de la red eléctrica (14).

17. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 12-16, donde la central hidroeléctrica de acumulación por bombeo (1) comprende una primera máquina asíncrona de doble alimentación (4a) conectada a la red eléctrica (2) a través de un primer convertidor (8) y acoplada de forma accionada a un primer dispositivo de bomba/turbina (3a), y al menos una segunda máquina asíncrona de doble alimentación (4b) conectada a la red eléctrica (2) a través de un segundo convertidor (8) y acoplada de forma accionada a un segundo dispositivo de bomba/turbina (3b), y donde el dispositivo de control (39) comprende una primera unidad de control (39a) asociada con la primera máquina asíncrona de doble alimentación (4a) y al menos una segunda unidad de control (39b) asociada con la al menos una segunda máquina asíncrona de doble alimentación (4b), donde la primera y la segunda unidad de control (39a, 39b) se conectan de forma comunicativa entre sí directamente o a través de un dispositivo de optimización de nivel superior (43) y se disponen para realizar, según sea necesario:

que al menos una de las máquinas asíncronas de doble alimentación (4a, 4b) se opere cambiando el estado de la central hidroeléctrica de acumulación por bombeo (1) con banda muerta síncrona reducida ([-Af, Af]; [n^o-An, n^o+An]) mientras que al menos una de las otras máquinas asíncronas de doble alimentación se opera en un modo de funcionamiento normal; o

que una solicitud de potencia activa y/o reactiva predeterminada por la red eléctrica (2) se distribuya de forma asimétrica a la primera y la al menos una segunda máquina asíncrona de doble alimentación (4a, 4b) para evitar el funcionamiento de las máquinas asíncronas de doble alimentación (4a, 4b) en una banda muerta síncrona no admisible ([-Af, Af]; [n⁰-An, n⁰+An]);

o ambas opciones.