ES2902140T3

ES2902140T3 - Sistema y procedimiento para controlar una fuente de alimentación ininterrumpida de sistemas de potencia eléctrica

Info

Publication number: ES2902140T3
Application number: ES19200163T
Authority: ES
Inventors: Joseph Andrew Trzemzalski
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2018-09-27
Filing date: 2019-09-27
Publication date: 2022-03-25
Anticipated expiration: 2039-09-27
Also published as: CN110957753A; DK3629440T3; EP3629440B1; EP3629440A1; US10998760B2; US20200106295A1

Abstract

Un sistema de potencia eléctrica conectado a una red eléctrica, que comprende: un generador que comprende un estátor y un rotor, estando el estátor conectado a la red eléctrica por medio de una ruta de potencia de estátor; un convertidor de potencia acoplado a un bus de rotor del rotor; un sistema de control que comprende uno o más dispositivos de control, estando el uno o más dispositivos de control configurados para hacer funcionar el convertidor de potencia para proporcionar una señal de CA para el bus de rotor; y, una fuente de alimentación ininterrumpida, que comprende: un elemento de almacenamiento de potencia configurado para recibir y almacenar potencia eléctrica, y configurado para suministrar potencia al sistema de control durante un fallo de alimentación; y, un circuito de comprobación de operatividad configurado para verificar un estado de operatividad del elemento de almacenamiento de potencia, comprendiendo el circuito de comprobación de operatividad un componente de inhabilitación de comprobación de operatividad configurado para inhabilitar el circuito de comprobación de operatividad durante el fallo de alimentación.

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema y procedimiento para controlar una fuente de alimentación ininterrumpida de sistemas de potencia eléctrica

Campo

[0001] La presente divulgación se refiere, en general, a sistemas de potencia eléctrica y, más en particular, a un sistema y procedimiento para controlar una fuente de alimentación ininterrumpida de un sistema de potencia eléctrica.

Antecedentes

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

[0003] Durante el funcionamiento, el viento impacta en las palas de rotor de la turbina eólica y las palas transforman la energía del viento en un par de rotación mecánico que acciona de forma giratoria un eje lento. El eje lento está configurado para accionar la multiplicadora que posteriormente aumenta la baja velocidad de rotación del eje lento para accionar un eje rápido a una mayor velocidad de rotación. El eje rápido está generalmente acoplado de manera giratoria a un generador para accionar de manera giratoria un rotor de generador. De este modo, el rotor de generador puede inducir un campo magnético giratorio y puede inducirse una tensión dentro de un estátor de generador que está acoplado magnéticamente al rotor de generador. En determinadas configuraciones, la potencia eléctrica asociada se puede transmitir a un transformador de turbina que está conectado típicamente a una red eléctrica por medio de un disyuntor de red. Por lo tanto, el transformador de turbina aumenta la amplitud de tensión de la potencia eléctrica de modo que la potencia eléctrica transformada se pueda transmitir a la red eléctrica.

[0004] En muchas turbinas eólicas, el rotor de generador puede estar acoplado eléctricamente a un convertidor de potencia bidireccional que incluye un convertidor en el lado de rotor unido a un convertidor en el lado de línea por medio de un enlace de CC regulado. Más específicamente, algunas turbinas eólicas, tales como los sistemas de generador de inducción de doble alimentación (DFIG) impulsados por viento o los sistemas de conversión de potencia total, pueden incluir un convertidor de potencia con una topología CA-CC-CA. En dicho sistema, el estátor de generador está conectado por separado a la red eléctrica por medio de un transformador principal.

[0005] El convertidor de potencia incluye normalmente varios dispositivos de conmutación, tales como transistores bipolares de puerta aislada (IGBT), tiristores conmutados de puerta integrada (IGCT o GCT), diodos o transistores de efecto de campo de semiconductor de óxido metálico (MOSFET) que se conmutan a determinadas frecuencias para generar la frecuencia y la tensión de salida de convertidor deseadas. A continuación, la tensión de salida de convertidor se proporciona a varias cargas, tales como motores, redes eléctricas, cargas resistivas, etc.

[0006] Algunas condiciones de la red y/o del viento pueden causar un fallo de alimentación total o parcial que interrumpe la potencia suministrada a los dispositivos de conmutación, lo que inhabilita posteriormente el convertidor de potencia. Tales fallos de alimentación son indeseables y pueden causar problemas de mantenimiento. Las soluciones típicas involucran fuentes de alimentación de respaldo grandes, pesadas y basadas en baterías de plomo-ácido para proporcionar potencia al sistema de control, manteniendo así el funcionamiento del convertidor de potencia durante fallos de alimentación. Sin embargo, estos sistemas de baterías de plomoácido suponen un mayor coste y complejidad en la integración. Otros sistemas controlables pueden ser más deseables.

[0007] El documento US 2004/145188 divulga un generador eólico que tiene un convertidor y una UPS para proporcionar una tensión estable al controlador de generador eólico y otros componentes durante momentos de baja tensión.

Breve descripción

[0008] Aspectos y ventajas de la invención se expondrán en parte en la siguiente descripción, o pueden resultar evidentes a partir de la descripción, o se pueden descubrir mediante la puesta en práctica de la invención.

[0009] De acuerdo con un aspecto, un sistema de potencia eléctrica conectado a una red eléctrica puede incluir un generador que comprende un estátor y un rotor, estando el estátor conectado a la red eléctrica por medio de una ruta de potencia de estátor, un convertidor de potencia acoplado a un bus de rotor del rotor, y un sistema de control que comprende uno o más dispositivos de control, estando el uno o más dispositivos de control configurados para hacer funcionar el convertidor de potencia para proporcionar una señal de CA para el bus de rotor. El sistema también puede incluir una fuente de alimentación ininterrumpida (UPS). La UPS puede incluir un elemento de almacenamiento de potencia (“power storage element”) configurado para recibir y almacenar potencia eléctrica, y configurado para suministrar potencia al sistema de control durante un fallo de alimentación, y un circuito de comprobación de operatividad ("health check circuit”) configurado para verificar un estado de operatividad del elemento de almacenamiento de potencia, e incluir un componente de inhabilitación de comprobación de operatividad configurado para inhabilitar el circuito de comprobación de operatividad durante el fallo de alimentación.

[0010] De acuerdo con un aspecto adicional, se describe un procedimiento de funcionamiento de una fuente de alimentación ininterrumpida para un sistema de generador de inducción de doble alimentación. El procedimiento puede incluir convertir una potencia de CA de un convertidor en el lado de línea en una potencia de CC para un enlace de CC, almacenar potencia en la fuente de alimentación ininterrumpida, realizar una comprobación de operatividad de una tasa de disminución ("rate of decay”) de un elemento de almacenamiento de potencia en la fuente de alimentación ininterrumpida con circuitos de comprobación de operatividad, detectar una primera condición en la potencia de CA e inhabilitar la comprobación de operatividad en respuesta a la detección de la primera condición.

[0011] De acuerdo con otro aspecto más, un sistema de turbina eólica puede incluir un generador que tiene un estátor y un rotor, estando el estátor conectado a la red eléctrica por medio de una ruta de potencia de estátor. El sistema también puede incluir un convertidor de potencia que tiene un convertidor en el lado de línea acoplado a la red eléctrica por medio de una ruta de potencia de convertidor, y un convertidor en el lado de rotor acoplado a un bus de rotor del rotor y el convertidor en el lado de línea por medio de un enlace de CC. El sistema también puede incluir un sistema de control que tiene uno o más dispositivos de control, estando el uno o más dispositivos de control configurados para hacer funcionar el convertidor en el lado de rotor para proporcionar la señal de CA para el bus de rotor. El sistema también puede incluir una fuente de alimentación ininterrumpida que incluye un elemento de almacenamiento de potencia configurado para recibir y almacenar potencia eléctrica, y configurado para suministrar potencia al sistema de control durante un fallo de alimentación, y un circuito de comprobación de operatividad configurado para verificar un estado de operatividad del elemento de almacenamiento de potencia, e incluye un componente de inhabilitación de comprobación de operatividad configurado para inhabilitar el circuito de comprobación de operatividad durante el fallo de alimentación.

[0012] Estas y otras características, aspectos y ventajas de la presente invención se entenderán mejor con referencia a la siguiente descripción y reivindicaciones adjuntas. Los dibujos adjuntos, que están incorporados en, y que forman parte de, esta memoria descriptiva, ilustran modos de realización de la invención y, junto con la descripción, sirven para explicar los principios de la invención.

Breve descripción de los dibujos

[0013] Una divulgación completa y suficiente de la presente invención, incluido el mejor modo de la misma, dirigida a un experto en la técnica, se establece en la memoria descriptiva, que hace referencia a las figuras adjuntas, en las que:

la FIG. 1 ilustra un modo de realización de un ejemplo de sistema de potencia eléctrica de acuerdo con la presente divulgación;

la FIG. 2 ilustra un diagrama de bloques de un modo de realización de un sistema de control adecuado para su uso con el sistema de potencia eléctrica mostrado en la FIG. 1;

la FIG. 3 ilustra un diagrama de bloques de un modo de realización de una fuente de alimentación ininterrumpida para su uso con el sistema de potencia eléctrica mostrado en la FIG. 1;

la FIG. 4 ilustra un gráfico de disminución de tensión medida para una comprobación de operatividad de la fuente de alimentación ininterrumpida mostrada en la FIG. 3; y

la FIG. 5 ilustra un diagrama de flujo de un modo de realización de un procedimiento para controlar una fuente de alimentación ininterrumpida de un sistema de potencia eléctrica de acuerdo con la presente divulgación.

Descripción detallada

[0014] Se hace referencia en detalle ahora a unos modos de realización de la invención, uno o más ejemplos de los cuales se ilustran en los dibujos. Cada ejemplo se proporciona a modo de explicación de la invención, y no de limitación de la invención. De hecho, será evidente para los expertos en la técnica que se pueden realizar diversas modificaciones y variaciones en la presente invención sin apartarse del alcance o espíritu de la invención. Por ejemplo, las características ilustradas o descritas como parte de un modo de realización se pueden usar con otro modo de realización para proporcionar aún otro modo de realización. Por tanto, se pretende que la presente invención cubra dichas modificaciones y variaciones que entren dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas y de sus equivalentes.

[0015] Aspectos de ejemplo de la presente divulgación están dirigidos a sistemas y procedimientos para controlar fuentes de alimentación ininterrumpidas de sistemas de potencia eléctrica, tales como sistemas de potencia DFIG, usando un circuito de comprobación de operatividad y un componente de inhabilitación de comprobación de operatividad. Más específicamente, aspectos de ejemplo de la presente divulgación proporcionan un sistema para controlar la fuente de alimentación ininterrumpida en respuesta a diversas condiciones de funcionamiento, tales como tensión de fase, tensión de enlace de CC, corriente de enlace de CC, retroalimentaciones de corriente de sistema y/o retroalimentaciones de tensión de sistema con el propósito de garantizar el funcionamiento del sistema de control durante un fallo de alimentación con comprobaciones de operatividad integradas para garantizar la operatividad de la fuente de alimentación ininterrumpida. Por ejemplo, la disminución de tensión de dispositivos de almacenamiento de fuente de alimentación recargable se puede medir en relación con bandas de tolerancia para garantizar un funcionamiento robusto. En otros casos, la comprobación de operatividad se puede inhabilitar para garantizar que a un sistema de control se le suministre potencia mediante los dispositivos de almacenamiento de fuente de alimentación recargable.

[0016] En modos de realización particulares, el procedimiento para controlar la fuente de alimentación ininterrumpida puede incluir inhabilitar una comprobación de operatividad e inhabilitar un circuito de comprobación de operatividad en respuesta a una condición detectada en la potencia de CA asociada al sistema de potencia eléctrica. Además, el sistema y procedimiento puede aplicarse a cualquier sistema de potencia eléctrica, incluidos, pero sin limitarse a, sistemas de conversión eólica, sistemas de conversión solar, sistemas de almacenamiento de energía y combinaciones de los mismos.

[0017] Por consiguiente, la presente divulgación tiene muchos efectos y ventajas técnicos. Por ejemplo, el sistema y procedimiento de la presente divulgación proporciona una mayor fiabilidad del sistema (por ejemplo, verificaciones de operatividad periódicas, etc.) así como un menor coste del sistema (por ejemplo, menor peso de los componentes, menor coste de los componentes y/o menores costes de mantenimiento).

[0018] Con referencia ahora a los dibujos, la FIG. 1 ilustra un ejemplo de sistema de generador de inducción de doble alimentación (DFIG) accionado por viento 100 de acuerdo con un modo de realización de la presente divulgación. Aspectos de ejemplo de la presente divulgación se analizan con referencia a la turbina eólica DFIG 100 de la FIG. 1 con fines ilustrativos y de análisis. Los expertos en la técnica, usando las divulgaciones proporcionadas en el presente documento, deben entender que los aspectos de ejemplo de la presente divulgación también pueden aplicarse en otros sistemas de potencia, tales como una turbina eólica, solar, de gas u otros sistemas de generación de potencia adecuados.

[0019] En el sistema 100 de ejemplo, un rotor 106 incluye una pluralidad de palas de rotor 108 acopladas a un buje giratorio 110. El buje giratorio 110 está acoplado a una multiplicadora 118 opcional que, a su vez, está acoplada a un generador 120 que tiene un rotor 122 y un estátor 124. De acuerdo con aspectos de la presente divulgación, el generador 120 puede ser cualquier generador adecuado, incluido, por ejemplo, un generador de inducción de doble alimentación (DFIG). El generador 120 está acoplado típicamente a un bus de estátor 154 y a un convertidor de potencia 162 por medio de un bus de rotor 156. El bus de estátor 154 proporciona una potencia multifásica de salida (por ejemplo, potencia trifásica) desde un estátor del generador 120, y el bus de rotor 156 proporciona una potencia multifásica de salida (por ejemplo, potencia trifásica) de un rotor del generador 120.

[0020] El convertidor de potencia 162 incluye un convertidor en el lado de rotor 166 acoplado a un convertidor en el lado de línea 168. El DFIG 120 está acoplado al convertidor en el lado de rotor 166 por medio del bus de rotor 156. El convertidor en el lado de línea 168 está acoplado a un bus en el lado de línea 188. Además, como se muestra, el bus de estátor 154 puede conectarse directamente al bus en el lado de línea 188. En configuraciones de ejemplo, el convertidor en el lado de rotor 166 y el convertidor en el lado de línea 168 están configurados para el modo de funcionamiento normal en una disposición de PWM trifásica usando dispositivos de conmutación de transistor bipolar de puerta aislada (IGBT). El convertidor en el lado de rotor 166 y el convertidor en el lado de línea 168 pueden acoplarse por medio de un enlace de CC 136 a través del cual está el condensador de enlace de CC 138. En modos de realización alternativos, el bus de estátor 154 y el convertidor de potencia 162 pueden estar conectados a devanados aislados separados de un transformador (no mostrado), es decir, en la unión del disyuntor de generador 158 y el disyuntor de convertidor 186.

[0021] El convertidor de potencia 162 se puede acoplar a un sistema de control 174 para controlar el funcionamiento del convertidor en el lado de rotor 166 y del convertidor en el lado de línea 168 y otros aspectos del sistema de potencia 100. Por ejemplo, como se muestra en particular en la FIG. 2, el sistema de control 174 puede incluir cualquier número de dispositivos de control. En una implementación, por ejemplo, el sistema de control 174 puede incluir uno o más procesadores 176 y dispositivos de memoria asociados 178 configurados para realizar una variedad de funciones y/o instrucciones implementadas por ordenador (por ejemplo, realizar los procedimientos, las etapas, los cálculos, y similares, y almacenar datos pertinentes como se divulga en el presente documento). Las instrucciones, cuando son ejecutadas por el procesador 176, pueden hacer que el procesador 176 realice operaciones, incluyendo proporcionar consignas de control (por ejemplo, consignas de modulación por ancho de pulso) a los elementos de conmutación del convertidor de potencia 162 y otros aspectos del sistema de potencia 100. Además, el sistema de control 174 también puede incluir un módulo de comunicaciones 180 para facilitar las comunicaciones entre el sistema de control 174 y los diversos componentes del sistema de potencia 100, por ejemplo, cualquiera de los componentes de la FIG. 1. Además, el módulo de comunicaciones 180 puede incluir una interfaz de sensor 182 (por ejemplo, uno o más convertidores de analógico a digital) para permitir que las señales transmitidas desde uno o más sensores se conviertan en señales que los procesadores 176 puedan entender y procesar. Se debe apreciar que el o los sensores se pueden acoplar comunicativamente al módulo de comunicaciones 180 usando cualquier medio adecuado. Por ejemplo, los sensores se pueden acoplar a la interfaz de sensor 182 por medio de una conexión por cable. Sin embargo, en otros modos de realización, los sensores se pueden acoplar a la interfaz de sensor 182 por medio de una conexión inalámbrica, tal como usando cualquier protocolo de comunicaciones inalámbricas adecuado conocido en la técnica. De este modo, el procesador 176 se puede configurar para recibir una o más señales desde los sensores.

[0022] Como se usa en el presente documento, el término "procesador" no solo se refiere a circuitos integrados que en la técnica aparecen incluidos en un ordenador, sino que también se refiere a un controlador, un microcontrolador, un microordenador, un controlador lógico programable (PLC), un circuito integrado específico de la aplicación y otros circuitos programables. El procesador 176 también está configurado para calcular algoritmos de control avanzados y comunicarse con una variedad de protocolos Ethernet o basados en serie (Modbus, OPC, CAN, etc.). Además, el/los dispositivo(s) de memoria 178 pueden comprender, en general, elemento(s) de memoria que incluyen, pero sin limitarse a, un medio legible por ordenador (por ejemplo, memoria de acceso aleatorio (RAM)), un medio no volátil legible por ordenador (por ejemplo, una memoria flash), un disquete, una memoria de solo lectura en disco compacto (CD-ROM), un disco magnetoóptico (MOD), un disco versátil digital (DVD) y/u otros elementos de memoria adecuados. Dicho(s) dispositivo(s) de memoria 178 se puede(n) configurar, en general, para almacenar instrucciones adecuadas legibles por ordenador que, cuando se implementan por el/los procesador(es) 176, configuran el sistema de control 174 para realizar las diversas funciones descritas en el presente documento.

[0023] Volviendo a la FIG. 1, durante el funcionamiento, la potencia de corriente alterna generada en el DFIG 120 mediante la rotación del rotor 106 se proporciona por medio de una ruta doble hacia una red eléctrica 160. Las rutas dobles están definidas por una ruta de potencia de generador 130 y una ruta de potencia de convertidor 132. En la ruta de potencia de convertidor 132 se proporciona potencia de corriente alterna (CA) sinusoidal multifásica (por ejemplo, trifásica) al convertidor de potencia 162 por medio del bus de rotor 156.

[0024] El convertidor de potencia en el lado de rotor 166 convierte la potencia de CA proporcionada desde el bus de rotor 156 en potencia de corriente continua (CC) y proporciona la potencia de CC al enlace de CC 136. Los dispositivos de conmutación (por ejemplo, IGBT) usados en circuitos de puente del convertidor de potencia en el lado de rotor 166 pueden modularse para convertir la potencia de CA proporcionada desde el bus de rotor 156 en potencia de CC adecuada para el enlace de CC 136.

[0025] Además, el convertidor en el lado de línea 168 convierte la potencia de CC del enlace de CC 136 en potencia de salida de CA adecuada para la red eléctrica 160. En particular, los dispositivos de conmutación (por ejemplo, IGBT) usados en los circuitos de puente del convertidor de potencia en el lado de línea 168 pueden modularse para convertir la potencia de CC del enlace de CC 136 en potencia de CA en el bus en el lado de línea 188. La potencia de CA del convertidor de potencia 162 puede combinarse con la potencia del estátor del DFIG 120 para proporcionar una potencia multifásica (por ejemplo, potencia trifásica) que tiene una frecuencia mantenida sustancialmente a la frecuencia de la red eléctrica 160 (por ejemplo, 50 Hz/60 Hz).

[0026] Diversos disyuntores y conmutadores, tales como un disyuntor de generador 158 y un disyuntor de convertidor 186, pueden incluirse en el sistema 100 para conectar o desconectar buses correspondientes, por ejemplo, cuando el flujo de corriente es excesivo y puede dañar componentes del sistema de turbina eólica 100 o para otras consideraciones operativas. También pueden incluirse componentes de protección adicionales en el sistema de turbina eólica 100.

[0027] El convertidor de potencia 162 puede recibir señales de control desde, por ejemplo, el sistema de control 174. Las señales de control pueden basarse, entre otras cosas, en condiciones detectadas o características operativas del sistema de turbina eólica 100. Típicamente, las señales de control proporcionan el control del funcionamiento del convertidor de potencia 162. Por ejemplo, la retroalimentación en forma de velocidad detectada del DFIG 120 puede usarse para controlar la conversión de la potencia de salida del bus de rotor 156 para mantener una fuente de alimentación multifásica (por ejemplo, trifásica) apropiada y equilibrada. Otra retroalimentación de otros sensores también puede ser usada por el sistema de control 174 para controlar el convertidor de potencia 162, incluyendo, por ejemplo, tensiones de bus de estátor y rotor y retroalimentaciones de corriente. Usando las diversas formas de información de retroalimentación, se pueden generar señales de control de conmutación (por ejemplo, consignas de temporización de puerta para los IGBT), señales de control de sincronización de estátor y señales de disyuntor.

[0028] Como se ilustra adicionalmente, una fuente de alimentación ininterrumpida 190 puede configurarse para recibir y almacenar potencia eléctrica y suministrar potencia al sistema de control 174 en caso de un fallo de alimentación, un fallo de alimentación parcial o una condición de potencia detectada (por ejemplo, una condición de subcorriente o de subtensión). Como se usa en el presente documento, un fallo de alimentación se refiere a una condición en la que la potencia eléctrica se ha interrumpido durante más de 1 segundo aproximadamente. Además, un fallo de alimentación parcial se refiere a una condición en la que al menos una fase de la potencia eléctrica se ha interrumpido durante más de 1 segundo aproximadamente. Además, una condición de potencia detectada puede incluir un fallo de alimentación o un fallo de alimentación parcial, así como una condición de subtensión o subcorriente detectada. Una condición de subtensión detectada puede incluir cualquier condición en la que la tensión eléctrica se haya reducido por debajo de la tensión nominal, o por debajo de aproximadamente el 90 % de la tensión nominal (por ejemplo, una reducción del 10 %). Una condición de subcorriente detectada puede incluir cualquier condición en la que la corriente eléctrica se haya reducido por debajo de la corriente nominal, o por debajo de aproximadamente el 90 % de la corriente nominal (por ejemplo, una reducción del 10 %). La fuente de alimentación ininterrumpida 190 puede incluir un circuito de comprobación de operatividad 192 o circuitos de comprobación de operatividad configurados para verificar el funcionamiento idóneo de las celdas de potencia contenidas en la fuente de alimentación ininterrumpida 190. La fuente de alimentación ininterrumpida 190 también puede incluir un elemento de almacenamiento de potencia configurado para recibir y almacenar potencia eléctrica recibida desde al menos una fase de potencia eléctrica de CA del generador 120 (ilustrado en la FIG. 3). Por ejemplo, la fuente de alimentación ininterrumpida puede recibir potencia desde una fuente de alimentación (por ejemplo, una fuente de alimentación de 24 VCC) en comunicación eléctrica con una toma auxiliar de un transformador principal de la turbina eólica 100.

[0029] En referencia ahora a la FIG. 3, se proporciona un diagrama de bloques de la fuente de alimentación ininterrumpida 190. Como se muestra, la fuente de alimentación ininterrumpida 190 está configurada para detectar al menos una fase de potencia de un bus trifásico 188 del sistema 100. Debe entenderse que es posible una retroalimentación de tensión/corriente desde cualquier fase. En consecuencia, con el fin de aclarar el análisis, se ha ilustrado como detectada una fase particular. En otras implementaciones, se pueden detectar otras fases o fases múltiples para determinar una condición de potencia tal como fallo, subcorriente o subtensión.

[0030] La fuente de alimentación ininterrumpida 190 puede incluir la comprobación de operatividad 192 descrita anteriormente. El circuito de comprobación de operatividad 192 puede incluir un componente de inhabilitación de comprobación de operatividad 193 configurado para inhabilitar una comprobación de operatividad e inhabilitar el circuito de comprobación de operatividad 192. El componente de inhabilitación de comprobación de operatividad 193 puede ser un relé, tal como un relé electromecánico o un relé de operatividad sólido configurado para interrumpir una comprobación de operatividad desconectando físicamente el circuito de comprobación de operatividad 190 de las celdas de potencia 194. De esta manera, cualquier comprobación de operatividad que se esté realizando en las celdas de potencia 194 se detiene inmediatamente de modo que las celdas de potencia 194 se puedan usar para suministrar potencia al sistema de control 174 con cables 274 en su lugar.

[0031] El circuito de comprobación de operatividad 194 incluye además un componente de fallo de alimentación 195. El componente de fallo de alimentación 195 está configurado para ayudar a realizar una comprobación de operatividad. Por ejemplo, el componente de fallo de alimentación puede incluir un relé, tal como un relé electromecánico o un relé de operatividad sólido. El circuito de comprobación de operatividad 192 también incluye una resistencia de potencia 197 de un valor conocido. Durante una comprobación de operatividad, el relé 195 conecta físicamente las celdas 194 a esta resistencia de potencia 197, y el sistema de control (por medio de 275) supervisa la tasa de disminución de tensión para determinar si las celdas están funcionando correctamente o no.

[0032] Debe entenderse que, aunque se describen como relés singulares en un modo de realización, los componentes 193 y 195 pueden incluir más o menos componentes que incluyen múltiples relés, dispositivos de conmutación, sensores y otros componentes que realizan funciones similares. Por ejemplo, dos o más relés conectados en serie o en paralelo pueden proporcionar una funcionalidad básica de inhabilitación de comprobación de operatividad, así como proporcionar señales adicionales para las operaciones de control. De forma similar, dos o más relés conectados en serie o en paralelo pueden proporcionar potencia ininterrumpida básica, así como señales adicionales proporcionadas para las operaciones de control. Todas dichas modificaciones están dentro del alcance de esta divulgación.

[0033] Generalmente, las celdas de potencia 194 pueden incluir cualquier celda de potencia adecuada. Por ejemplo, de acuerdo con al menos un modo de realización, las celdas de potencia 194 son una pluralidad de celdas de ultracondensador conectadas en serie o conectadas en paralelo. En un ejemplo particular, las celdas de ultracondensador tienen una capacidad de almacenamiento de al menos 300 Faradios y están acopladas en serie.

[0034] Como se muestra adicionalmente, la fuente de alimentación ininterrumpida 190 incluye además una pluralidad de resistencias de equilibrado 196. La pluralidad de resistencias de equilibrado 196 se puede acoplar al banco de ultracondensadores 194. A este respecto, la pluralidad de resistencias de equilibrado 196 están configuradas para distribuir el desequilibrio de tensión a través del banco de ultracondensadores 194. En un modo de realización, cada resistencia de equilibrado de la pluralidad de resistencias de equilibrado 196 está acoplada a través de un ultracondensador individual del banco de ultracondensadores 194. Por ejemplo, las resistencias individuales pueden conectarse a través de terminales de cada celda de condensador individual, para distribuir el desequilibrio de tensión causado por los diferentes niveles de capacitancia en una cadena en serie. Pueden ser posibles otras conexiones dependiendo de la configuración particular del banco de ultracondensadores.

[0035] Como se muestra adicionalmente, el sistema de control 174 está configurado para monitorizar la fuente de alimentación ininterrumpida 190 por medio de un circuito divisor de tensión 198 acoplado a las celdas de almacenamiento de potencia 194 y/o resistencias de equilibrado 196. Por ejemplo, las señales de retroalimentación de las secciones y - de la fuente de alimentación ininterrumpida 190 son monitorizadas por el sistema de control 174 a través del circuito divisor de tensión 198 en 275. El sistema de control 174 puede tener un rango de tensión de entrada analógica que es limitado. Por tanto, el circuito divisor de tensión 198 puede reducir la tensión almacenada para que esté dentro del rango del sistema de control.

[0036] Como se describe anteriormente, el circuito de comprobación de operatividad 192 puede hacerse funcionar para evaluar la operatividad de la fuente de alimentación ininterrumpida 190 y, más en particular, de las celdas de ultracondensador 194. La FIG. 4 ilustra un gráfico de disminución de tensión medida para una comprobación de operatividad de la fuente de alimentación ininterrumpida 190. Periódicamente, es necesaria una comprobación de operatividad de las celdas de ultracondensador 194 para garantizar que la fuente de alimentación ininterrumpida 190 pueda proporcionar potencia de respaldo cuando sea necesario. Esto se logra conmutando las celdas de ultracondensador 194 para que se conecten a una carga de resistencia conocida (por ejemplo, una resistencia de potencia). La disminución de tensión 404 se mide después con respecto a la curva de disminución esperada para la carga, dentro de determinadas bandas de tolerancia 402, 406, y, a continuación, se puede determinar la operatividad general de la fuente de alimentación ininterrumpida 190. De acuerdo con otro modo de realización, la disminución de tensión 404 puede medirse con respecto a una sola de las bandas de tolerancia, banda de tolerancia 406, de manera que se pueda determinar la operatividad general de la fuente de alimentación ininterrumpida 190.

[0037] La FIG. 5 ilustra un diagrama de flujo de un modo de realización de un procedimiento 500 para controlar una fuente de alimentación ininterrumpida 190 de un sistema de potencia eléctrica de acuerdo con la presente divulgación. El procedimiento 500 puede incluir convertir una potencia de CA de un convertidor en el lado de línea 168 en una potencia de CC para un enlace de CC 136, en el bloque 502.

[0038] El procedimiento 500 también incluye almacenar potencia del enlace de CC 136 en la fuente de alimentación ininterrumpida 190, en el bloque 504. Por ejemplo, las celdas de ultracondensador 194 pueden cargarse con tensión de CC de la fuente de alimentación 236.

[0039] El procedimiento 500 también incluye realizar periódicamente una comprobación de operatividad conforme a una tasa de disminución de un elemento de almacenamiento de potencia (por ejemplo, las celdas de ultracondensador 194) en la fuente de alimentación ininterrumpida 194 con un circuito de comprobación de operatividad 192, en el bloque 506.

[0040] La comprobación de operatividad se puede realizar como se describe con referencia a la FIG. 4. Por ejemplo, realizar la comprobación de operatividad conforme a la tasa de disminución puede incluir acoplar el elemento de almacenamiento de potencia 194 a una resistencia de valor conocido (por ejemplo, una resistencia de potencia) y medir la tasa de disminución 404 en el tiempo. A continuación, la tasa de disminución medida se puede comparar con un conjunto de bandas de disminución de tolerancia 402, 406, o al menos una de las bandas de disminución de tolerancia 406.

[0041] El procedimiento 500 incluye además detectar una primera condición en la potencia de CA, en el bloque 508, e inhabilitar la comprobación de operatividad en respuesta a la detección de la primera condición, en el bloque 510. El procedimiento 500 también incluye inhabilitar el circuito de comprobación de operatividad 192 en respuesta a la detección de la primera condición. En general, la primera condición puede incluir un fallo de alimentación total o parcial en cualquier fase de los buses de potencia trifásica ilustrados en la FIG. 1. De acuerdo con al menos un modo de realización, la primera condición se detecta en una primera fase de un bus de potencia.

[0042] Como se describe anteriormente, una fuente de alimentación ininterrumpida se puede integrar con un sistema de potencia eléctrica. La fuente de alimentación ininterrumpida puede incluir un circuito de comprobación de operatividad que verifica periódicamente la operatividad de un elemento, o elementos, de almacenamiento de potencia contenidos en la misma. Además, el circuito de comprobación de operatividad y las funciones asociadas pueden estar inhabilitados e inhabilitarse usando un componente de inhabilitación de comprobación de operatividad, tal como un relé, para garantizar que siempre se suministre potencia a un sistema de control del sistema de potencia eléctrica durante un fallo de alimentación.

[0043] En lo que antecede se han descrito en detalle modos de realización de ejemplo de una turbina eólica, un sistema de control para una turbina eólica y procedimientos para controlar una turbina eólica. Los procedimientos, la turbina eólica y el sistema de control no se limitan a los modos de realización específicos descritos en el presente documento, sino que los componentes de la turbina eólica y/o del sistema de control y/o las etapas de los procedimientos se pueden utilizar independientemente y por separado de otros componentes y/o etapas descritos en el presente documento. Por ejemplo, el sistema de control y los procedimientos también se pueden usar en combinación con otros sistemas y procedimientos de potencia de turbina eólica, y no se limitan a la práctica solo con el sistema de potencia descrito en el presente documento. En cambio, el modo de realización ejemplar se puede implementar y utilizar en conexión con otras muchas aplicaciones de turbinas eólicas o sistemas de potencia, tales como sistemas de potencia solar y sistemas de almacenamiento de energía.

[0044] Aunque características específicas de diversos modos de realización de la invención se pueden mostrar en algunos dibujos y no en otros, esto es solo por motivos de conveniencia. De acuerdo con los principios de la invención, se puede hace referencia a y/o reivindicar cualquier característica de un dibujo en combinación con cualquier característica de cualquier otro dibujo.

Claims

REIVINDICACIONES

i. Un sistema de potencia eléctrica conectado a una red eléctrica, que comprende:

un generador que comprende un estátor y un rotor, estando el estátor conectado a la red eléctrica por medio de una ruta de potencia de estátor;

un convertidor de potencia acoplado a un bus de rotor del rotor;

un sistema de control que comprende uno o más dispositivos de control, estando el uno o más dispositivos de control configurados para hacer funcionar el convertidor de potencia para proporcionar una señal de CA para el bus de rotor; y,

una fuente de alimentación ininterrumpida, que comprende:

un elemento de almacenamiento de potencia configurado para recibir y almacenar potencia eléctrica, y configurado para suministrar potencia al sistema de control durante un fallo de alimentación; y, un circuito de comprobación de operatividad configurado para verificar un estado de operatividad del elemento de almacenamiento de potencia, comprendiendo el circuito de comprobación de operatividad un componente de inhabilitación de comprobación de operatividad configurado para inhabilitar el circuito de comprobación de operatividad durante el fallo de alimentación.
2. El sistema de potencia eléctrica de la reivindicación 1, en el que la fuente de alimentación ininterrumpida comprende además un sensor de fallo de alimentación configurado para detectar una condición de fallo de alimentación en al menos una fase del bus de rotor.
3. El sistema de potencia eléctrica de la reivindicación 2, en el que el sistema de control está configurado para hacer que la fuente de alimentación ininterrumpida suministre potencia al sistema de control durante el fallo de alimentación.
4. El sistema de potencia eléctrica de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el elemento de almacenamiento de potencia comprende al menos un ultracondensador.
5. El sistema de potencia eléctrica de la reivindicación 4, en el que el al menos un ultracondensador comprende una capacidad de almacenamiento de al menos 300 faradios.
6. El sistema de potencia eléctrica de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el elemento de almacenamiento de potencia comprende:

un banco de ultracondensadores acoplados en serie; y,

una pluralidad de resistencias de equilibrado acopladas al banco de ultracondensadores, en el que la pluralidad de resistencias de equilibrado están configuradas para distribuir el desequilibrio de tensión a través del banco de ultracondensadores.
7. El sistema de potencia eléctrica de la reivindicación 6, en el que cada resistencia de equilibrado de la pluralidad de resistencias de equilibrado está acoplada a través de un ultracondensador individual del banco de ultracondensadores.
8. El sistema de potencia eléctrica de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el sistema de control está configurado además para monitorizar la fuente de alimentación ininterrumpida por medio de un circuito divisor de tensión acoplado al elemento de almacenamiento de potencia.
9. Un procedimiento para hacer funcionar una fuente de alimentación ininterrumpida para un sistema de generador de inducción de doble alimentación, comprendiendo el procedimiento:

convertir una potencia de CA de un convertidor en el lado de línea en una potencia de CC para un enlace de CC;

almacenar potencia en la fuente de alimentación ininterrumpida;

realizar una comprobación de operatividad conforme a una tasa de disminución de un elemento de almacenamiento de potencia en la fuente de alimentación ininterrumpida con circuitos de comprobación de operatividad;

detectar un fallo de alimentación en la potencia de CA; e

inhabilitar la comprobación de operatividad en respuesta a la detección del fallo de alimentación.
10. El procedimiento de la reivindicación 9, que comprende además inhabilitar los circuitos de comprobación de operatividad en respuesta a la detección del fallo de alimentación.
11. El procedimiento de las reivindicaciones 9-10, en el que realizar la comprobación de operatividad conforme a la tasa de disminución comprende:

acoplar el elemento de almacenamiento de potencia a una resistencia de valor conocido; y medir la tasa de disminución en el tiempo.
12. El procedimiento de la reivindicación 11, en el que realizar la comprobación de operatividad conforme a la tasa de disminución comprende además comparar la tasa de disminución medida con un conjunto de bandas de disminución de tolerancia.
13. Un sistema de turbina eólica, que comprende:

un generador que comprende un estátor y un rotor, estando el estátor conectado a la red eléctrica por medio de una ruta de potencia de estátor;

un convertidor de potencia que comprende un convertidor en el lado de línea acoplado a la red eléctrica por medio de una ruta de potencia de convertidor, y un convertidor en el lado de rotor acoplado a un bus de rotor del rotor y el convertidor en el lado de línea por medio de un enlace de CC;

un sistema de control que comprende uno o más dispositivos de control, estando el uno o más dispositivos de control configurados para hacer funcionar el convertidor en el lado de rotor para proporcionar la señal de CA para el bus de rotor; y,

una fuente de alimentación ininterrumpida, que comprende:

un elemento de almacenamiento de potencia configurado para recibir y almacenar potencia eléctrica, y configurado para suministrar potencia al sistema de control durante un fallo de alimentación; y, un circuito de comprobación de operatividad configurado para verificar un estado de operatividad del elemento de almacenamiento de potencia, y que comprende un componente de inhabilitación de comprobación de operatividad configurado para inhabilitar el circuito de comprobación de operatividad durante el fallo de alimentación.
14. El sistema de turbina eólica de la reivindicación 13, en el que la fuente de alimentación ininterrumpida comprende además un sensor de fallo de alimentación configurado para detectar una condición de fallo de alimentación en al menos una fase del bus de rotor.
15. El sistema de turbina eólica de la reivindicación 14, en el que el sensor de fallo de alimentación está configurado para hacer que la fuente de alimentación ininterrumpida suministre potencia al sistema de control durante el fallo de alimentación.