ES2902826T3 - Sistemas y procedimientos para gestionar la resonancia en sistemas de potencia de turbina eólica - Google Patents

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Abstract

Un procedimiento (500) para controlar un sistema de potencia eléctrica de parque eólico, en el que el sistema de potencia eléctrica de parque eólico incluye uno o más controladores que incluyen un controlador maestro central, una o más turbinas eólicas conectadas eléctricamente a una red eléctrica a través de un punto de interconexión, comprendiendo el procedimiento: recibir, por el uno o más controladores, una o más señales de un sensor asociado con la una o más turbinas eólicas (502); determinar, por el uno o más controladores, una o más turbinas eólicas que están funcionando en condiciones indicativas de una condición de resonancia en el sistema de potencia eléctrica de turbina eólica en base, al menos en parte, a la una o más de las señales de sensor (504); generar, por el uno o más controladores, una o más señales de control en base, al menos en parte, a un requisito de potencia en el punto de intersección (512, 516), caracterizado por que cada turbina eólica incluye un regulador de tensión, en el que el controlador maestro está configurado para controlar un estado de funcionamiento de cada uno de los reguladores de tensión de la una o más turbinas eólicas, en el que el procedimiento comprende, además: controlar, por el controlador maestro central, un estado de funcionamiento de cada uno de los reguladores de tensión para reducir la condición de resonancia en base, al menos en parte, a la una o más señales de control, que comprende: alterar, por el controlador maestro central, la ganancia del regulador de tensión para uno o más de los reguladores de tensión cuando la potencia total que se produce por las turbinas eólicas activas de la una o más turbinas eólicas sea menor que el umbral de potencia (518).

Description

DESCRIPCIÓN
Sistemas y procedimientos para gestionar la resonancia en sistemas de potencia de turbina eólica
Campo
[0001] La presente divulgación se refiere, en general, a sistemas y procedimientos para controlar turbinas eólicas y, más en particular, a sistemas y procedimientos para gestionar o controlar la resonancia en sistemas de potencia de turbina eólica.
Antecedentes
[0002] La energía eólica se considera una de las fuentes de energía más limpias y más respetuosas con el medio ambiente disponibles actualmente, y las turbinas eólicas han obtenido una creciente atención a este respecto. Se pueden utilizar sistemas de distribución de potencia eléctrica existentes (por ejemplo, redes eléctricas) para distribuir potencia de fuentes de energía renovable, tales como el viento, si se utilizan sistemas de control y metodologías para coordinar la potencia producida por las fuentes de energía renovable, la demanda de potencia en los sistemas de distribución de potencia y la potencia consumida en base a los estados de funcionamiento variables que sean inherentes con respecto a las fuentes de energía renovable. Por ejemplo, el estado de funcionamiento (“operational state”) de una turbina eólica puede variar en base a las velocidades del viento o la ausencia de viento.
[0003] La energía eólica no siempre tiene una salida de potencia constante, pero puede incluir variaciones; por lo tanto, los gestores de sistemas de distribución de potencia deben tener esto en cuenta. Una de las consecuencias, por ejemplo, es que las redes de distribución y transmisión se hayan vuelto más difíciles de gestionar. Esto también se aplica a la gestión de la resonancia en un sistema de distribución de potencia, incluyendo turbinas eólicas. Como las centrales de energía convencionales, las centrales de energía eólica o parques eólicos se deben gestionar o controlar para proporcionar a las redes eléctricas una potencia que sea estable (por ejemplo, con tensión y frecuencia constantes, mínimas perturbaciones y baja emisión de armónicos) para garantizar la fiabilidad y el suministro apropiado de potencia.
[0004] Los sistemas de potencia de turbina eólica, que pueden incluir turbinas eólicas y parques eólicos, tienen una pluralidad de componentes mecánicos y eléctricos. Cada uno de los componentes eléctricos y/o mecánicos puede tener limitaciones de funcionamiento independientes o diferentes, tales como límites de corriente, tensión, potencia y/o temperatura. En algunos casos, cuando los sistemas de potencia de turbina eólica, turbinas eólicas y/o parques eólicos están integrados en o conectados con sistemas de distribución de potencia (por ejemplo, redes eléctricas principales y/o existentes), la resonancia puede provocar distorsión que puede afectar negativamente a la calidad de la potencia. La resonancia puede estar provocada por interacciones entre determinados componentes de la infraestructura eléctrica de los sistemas de potencia de turbina eólica, tales como convertidores de potencia interconectados asociados con cada una de una pluralidad de turbinas eólicas, la red o el parque eólico.
[0005] Dentro de un sistema de potencia de turbina eólica o parque eólico, varios componentes de la infraestructura eléctrica pueden entrar en resonancia entre sí (por ejemplo, transformadores, cables de alimentación, condensadores, etc.). Cuando una frecuencia (tensión o corriente) experimenta una reactancia de elemento inductiva igual o prácticamente igual a una reactancia de elemento capacitiva, se puede producir resonancia. Adicionalmente, con respecto a las centrales de energía renovable, tales como parques eólicos, la conexión de estas centrales de energía renovable a la red puede incluir largas líneas de transmisión de alta tensión debido a las localizaciones remotas en las que se pueden localizar estas centrales. Las líneas de transmisión (es decir, cables de alimentación) y la infraestructura eléctrica adicional (por ejemplo, transformadores, reactores, condensadores) pueden dar como resultado resonancia a bajas frecuencias (por ejemplo, por debajo del segundo o tercer armónico). Se produce resonancia a bajas frecuencias debido a la capacitancia asociada con las líneas de transmisión de alta tensión. La capacitancia de las líneas de transmisión se incrementa a medida que se incrementa la longitud de las líneas de transmisión. La resonancia que se produce a bajas frecuencias puede interactuar con los convertidores de potencia del parque eólico, o componentes de los mismos, tales como reguladores de control de convertidor (es decir, regulador de tensión entre terminales de turbina eólica), y dar como resultado inestabilidad con respecto a la potencia proporcionada por el parque eólico.
[0006] La resonancia puede provocar inestabilidad con respecto a la potencia proporcionada por un parque eólico, debido a que la resonancia puede provocar que las tensiones sean significativamente mayores que los niveles de funcionamiento normales para el parque eólico y/o red eléctrica, cuando la corriente para el parque eólico y/o red esté por debajo de los niveles de funcionamiento normales. El mantenimiento de la tensión dentro de los sistemas de distribución de potencia eléctrica es importante para la estabilidad del sistema con respecto al suministro de potencia y el flujo de potencia. La incapacidad para mantener la tensión dentro de los sistemas de distribución de potencia eléctrica puede tener consecuencias y efectos negativos sobre los sistemas, incluyendo la caída de tensión que puede provocar daños a los equipos de generación, transmisión y distribución y dar como resultado apagones. La estabilidad de los sistemas de distribución de potencia eléctrica (por ejemplo, redes eléctricas) está relacionada con la resonancia; por lo tanto, normalmente es necesario gestionar la resonancia relacionada con una fuente renovable para satisfacer la demanda eléctrica al tiempo que se proporciona estabilidad a la red eléctrica.
[0007] El funcionamiento de recursos basados en inversores, tales como turbinas eólicas, requiere una potencia de red que posibilite que la red funcione de manera fiable y estable. Sin embargo, en muchos casos, debido a las condiciones remotas o duras donde se localizan muchos parques eólicos, los parques eólicos se integran, a menudo, con redes débiles que se pueden ver afectadas negativamente por la resonancia. La integración de recursos basados en inversores en redes débiles puede presentar muchos obstáculos, tales como crear el potencial para una condición de resonancia en el sistema, que se puede mitigar por diferentes procedimientos, incluyendo refuerzos de las líneas de transmisión o integrando equipos adicionales en la red para mejorar la potencia. Estos procedimientos de refuerzo de la red incluyen desventajas, incluyendo requisitos de espacio adicional, múltiples localizaciones y configuraciones de control, costes de componentes del sistema incrementados, costes de instalación del sistema incrementados y costes de mantenimiento del sistema incrementados.
[0008] Los documentos US 2018/138708 A1, US 2017/067445 A1, US 2016/065105 A1, EP 2793343 A1, US 2014/300108 A1, US 2010/109447 A1 se refieren a sistemas y/o procedimientos para controlar un parque eólico.
Breve descripción
[0009] Las ventajas de la invención se expondrán en parte en la siguiente descripción, o pueden ser obvias a partir de la descripción, o se pueden aprender a través de la práctica de los modos de realización de ejemplo de la presente divulgación.
[0010] Un aspecto de ejemplo de la presente divulgación está dirigido a un procedimiento para controlar un sistema de potencia eléctrica de parque eólico. El sistema de potencia eléctrica de parque eólico puede incluir un controlador y una o más turbinas eólicas conectadas eléctricamente a una red eléctrica a través de un punto de interconexión. Cada turbina eólica también puede incluir un regulador de tensión. El procedimiento incluye recibir, por el controlador, una o más señales de un sensor asociado con la una o más turbinas eólicas y determinar, por el controlador, una o más turbinas eólicas que están funcionando en condiciones indicativas de una condición de resonancia en el sistema de potencia eléctrica de turbina eólica en base, al menos en parte, a la una o más de las señales de sensor. El procedimiento también incluía generar, por el controlador, una o más señales de control en base, al menos en parte, a un requisito de potencia en el punto de intersección y controlar, por el controlador, un estado de funcionamiento de cada uno de los reguladores de tensión para reducir la condición de resonancia en base, al menos en parte, a la una o más señales de control.
[0011] Otro aspecto de ejemplo de la presente divulgación está dirigido a un sistema de control para hacer funcionar un sistema de potencia eléctrica de parque eólico. El sistema de potencia eléctrica de parque eólico puede incluir una o más turbinas eólicas conectadas eléctricamente a una red eléctrica a través de un punto de interconexión. El sistema de control que comprende puede incluir uno o más procesadores y uno o más dispositivos de memoria. Los dispositivos de memoria se pueden configurar para almacenar instrucciones que, cuando se ejecutan por el uno o más procesadores, provoquen que el uno o más procesadores realicen operaciones. Las operaciones pueden incluir recibir, por los procesadores, una o más señales de un sensor asociado con la una o más turbinas eólicas y determinar, por los procesadores, una o más turbinas eólicas que están funcionando en condiciones indicativas de una condición de resonancia en el sistema de potencia eléctrica de turbina eólica en base, al menos en parte, a la una o más de las señales de sensor. Las operaciones también pueden incluir generar, por los procesadores, una o más señales de control en base, al menos en parte, a un requisito de potencia en el punto de intersección y controlar un estado de funcionamiento de cada uno de los reguladores de tensión para reducir la condición de resonancia en base, al menos en parte, a la una o más señales de control.
[0012] Otro aspecto de ejemplo de la presente divulgación está dirigido a un parque eólico. El parque eólico puede incluir una o más turbinas eólicas conectadas eléctricamente a una red eléctrica a través de un punto de interconexión. El parque eólico puede incluir un controlador configurado para realizar una o más operaciones. Las operaciones pueden incluir recibir, por los procesadores, una o más señales de un sensor asociado con la una o más turbinas eólicas y determinar, por los procesadores, una o más turbinas eólicas que están funcionando en condiciones indicativas de una condición de resonancia en el sistema de potencia eléctrica de turbina eólica en base, al menos en parte, a la una o más de las señales de sensor. Las operaciones también pueden incluir generar, por los procesadores, una o más señales de control en base, al menos en parte, a un requisito de potencia en el punto de intersección y controlar un estado de funcionamiento de cada uno de los reguladores de tensión para reducir la condición de resonancia en base, al menos en parte, a la una o más señales de control.
[0013] Se pueden realizar variaciones y modificaciones en estos aspectos de ejemplo de la presente divulgación. Estos y otras características, aspectos y ventajas de diversos modos de realización se entenderán mejor con referencia a la siguiente descripción y reivindicaciones adjuntas. Los dibujos adjuntos, que se incorporan en y constituyen una forman parte de la presente memoria descriptiva, ilustran modos de realización de la presente divulgación y, conjuntamente con la descripción, sirven para explicar los principios relacionados.
Breve descripción de los dibujos
[0014] El análisis detallado de los modos de realización dirigidos a un experto en la técnica se expone en la memoria descriptiva, que hace referencia a las figuras adjuntas, en las que:
la FIG. 1 representa una vista en perspectiva de una parte de una turbina eólica de acuerdo con modos de realización de ejemplo de la presente divulgación;
la FIG. 2 representa un diagrama esquemático de un sistema de potencia eléctrica de turbina eólica de acuerdo con modos de realización de ejemplo de la presente divulgación que es adecuado para su uso con la turbina eólica mostrada en la FIG. 1;
la FIG. 3 representa un diagrama esquemático de un sistema de potencia eléctrica de parque eólico de acuerdo con modos de realización de ejemplo de la presente divulgación;
la FIG. 4 representa un diagrama de bloques de un controlador de acuerdo con modos de realización de ejemplo de la presente divulgación; y
la FIG. 5 representa un diagrama de flujo de un procedimiento de ejemplo para gestionar o controlar la resonancia en sistemas de turbina eólica.
Descripción detallada
[0015] Ahora se hará referencia en detalle a los modos de realización de la invención, que se define por las reivindicaciones adjuntas.
[0016] La conexión de sistemas de potencia eléctrica de turbina eólica (por ejemplo, sistemas de potencia que pueden incluir una o más turbinas eólicas y uno o más parques eólicos) a las redes eléctricas puede incluir largas líneas de transmisión de alta tensión. Estas líneas de transmisión y otra infraestructura eléctrica (por ejemplo, transformadores, reactores, condensadores) asociadas con el sistema de potencia de turbina eólica pueden dar como resultado resonancia a bajas frecuencias (es decir, por debajo del segundo o tercer armónico). Las resonancias pueden interactuar con reguladores de control de convertidor (es decir, un regulador de tensión entre terminales de turbina eólica) que son parte del sistema de potencia de turbina eólica y dar como resultado inestabilidades en la potencia proporcionada por el sistema de potencia eléctrica de turbina eólica. Por lo tanto, los aspectos de ejemplo de la presente divulgación están dirigidos a sistemas y procedimientos para controlar sistemas de potencia eléctrica de turbina eólica, y, más en particular, a sistemas y procedimientos para controlar o gestionar la resonancia en sistemas de potencia eléctrica de turbina eólica.
[0017] De acuerdo con aspectos de ejemplo de la presente divulgación, los sistemas de potencia eléctrica de turbina eólica, incluyendo turbinas eólicas y parques eólicos, se pueden gestionar o controlar dinámicamente de modo que estas fuentes de energía renovable (por ejemplo, turbinas eólicas) se hagan funcionar más eficazmente con respecto a la resonancia, sin la necesidad de infraestructura eléctrica adicional o refuerzo de la red. Por ejemplo, los aspectos de ejemplo de la presente divulgación pueden incluir un controlador, tal como un controlador maestro central, que se utilice para recabar y procesar información de funcionamiento a nivel de turbina eólica o parque eólico indicativa de una o más condiciones de funcionamiento de la turbina eólica o parque eólico (por ejemplo, el nivel de tensión o salida de potencia de la turbina eólica o parque eólico). Dicha información a nivel de turbina o parque se puede utilizar por el controlador para controlar dinámicamente uno o más aspectos de funcionamiento del sistema de potencia eléctrica de turbina eólica. Por ejemplo, la información a nivel de turbina o a nivel de parque se puede utilizar por el controlador para generar una o más señales de control para configurar, ajustar o modular las ganancias del regulador de tensión para uno o más reguladores de tensión que se pueden asociar con la una o más turbinas eólicas o parques eólicos, tales como reguladores de tensión asociados con convertidores de potencia para la una o más turbinas eólicas.
[0018] De acuerdo con aspectos de ejemplo de la presente divulgación, los sistemas y procedimientos pueden incluir un controlador maestro central y/o una unidad de control central asociada con cada uno de uno o más parques eólicos para proporcionar potencia estable (por ejemplo, tensión y corriente estables) al punto de interconexión (POI) entre el uno o más parques eólicos y la red eléctrica cuando existen resonancias a bajas frecuencias en los sistemas de potencia eléctrica de turbina eólica. Los sistemas de potencia eléctrica de turbina eólica pueden incluir uno o más parques eólicos. El uno o más parques eólicos pueden incluir una o más turbinas eólicas. Cada turbina eólica puede incluir un convertidor de potencia, que puede incluir uno o más reguladores de tensión.
[0019] Cuando existen resonancias a bajas frecuencias en los sistemas de potencia eléctrica de turbina eólica, la resonancia se puede gestionar dinámica y eficazmente a través de modos de realización de ejemplo de la presente divulgación ajustando o configurando selectivamente la ganancia del uno o más reguladores de tensión, simultánea o independientemente, en base al nivel de tensión requerido en el POI para proporcionar una tensión estable o consistente a la red eléctrica y/o en base al número de turbinas eólicas que están en funcionamiento y una o más características de las turbinas eólicas en funcionamiento (por ejemplo, tamaño, localización, antigüedad, estado de mantenimiento de turbina eólica), características de la red eléctrica (por ejemplo, potencia o condición de la red, potencia o condición de la conexión del parque eólico o turbina eólica a la red, arquitectura de la red, localización de la red), características de la carga en la red (por ejemplo, cargas que sean pesadas o variables) y/o las condiciones ambientales (por ejemplo, las condiciones de viento para la una o más turbinas eólicas).
[0020] Un procedimiento de ejemplo para la gestión o control de la resonancia de acuerdo con aspectos de ejemplo de la presente divulgación puede incluir recibir, por medio de un controlador maestro central, una o más señales de una pluralidad de controladores a nivel de turbina indicativas del número de turbinas eólicas activas dentro de uno o más parques eólicos. El procedimiento también puede incluir, determinar, por medio del controlador maestro central, la capacidad de producción de potencia total del número de turbinas eólicas activas dentro del uno o más parques eólicos (es decir, la máxima cantidad agregada de potencia que se puede producir por la una o más turbinas activas). El procedimiento también puede incluir, determinar, por medio del controlador maestro central, la cantidad de potencia que se está produciendo a partir del número de turbinas eólicas activas dentro del uno o más parques eólicos.
[0021] El procedimiento puede incluir, además, comparar la cantidad de potencia que se produce por la una o más turbinas activas con un umbral de potencia predeterminado. La resonancia se experimenta, a menudo, durante situaciones de baja potencia (por ejemplo, condiciones ambientales, velocidades del viento, durante las que las turbinas eólicas están produciendo un nivel de potencia que está por debajo de un umbral de potencia predeterminado). El umbral de potencia predeterminado también se puede basar, al menos en parte, en las capacidades de producción de potencia total de la una o más turbinas eólicas en el parque eólico. El umbral de potencia predeterminado puede corresponder a condiciones durante las que una o más turbinas eólicas no están generando suficiente potencia para compensar la potencia que se consume por las turbinas eólicas mientras se mantienen en línea (es decir, las turbinas eólicas están produciendo menos potencia real de la que está consumiendo). En cada caso, el umbral de potencia predeterminado es indicativo de las condiciones en la una o más turbinas eólicas que pueden dar como resultado una condición de resonancia en el sistema de potencia eléctrica de turbina eólica. Se produce una condición de resonancia cuando el sistema de potencia eléctrica de turbina eólica o partes del mismo están en un estado de resonancia. Durante una condición de resonancia, un campo magnético que desaparece de los elementos inductivos del sistema eléctrico (es decir, el sistema de potencia eléctrica de turbina eólica y la red) carga los elementos capacitivos del sistema eléctrico, y, a continuación, los elementos capacitivos se descargan para proporcionar una corriente eléctrica que cree un campo magnético en los elementos inductivos del sistema eléctrico. Este procedimiento se puede repetir continuamente hasta que se controle o gestione. Una condición de resonancia puede ser perjudicial para el funcionamiento de los sistemas eléctricos debido a que puede provocar oscilaciones sostenidas y transitorias no deseadas que pueden provocar ruido, distorsión de la señal y daños a los elementos del circuito. Por tanto, el procedimiento de ejemplo se puede utilizar para reducir la condición de resonancia o de otro modo reducir la cantidad de resonancia presente en el sistema eléctrico.
[0022] El procedimiento puede incluir, además, generar, por medio del controlador maestro central, una o más señales de control para controlar la una o más turbinas eólicas en base, al menos en parte, a la comparación de la cantidad de potencia que se produce por la una o más turbinas activas con un umbral de potencia predeterminado. La señal de control puede corresponder a y controlar la ganancia del regulador de tensión para el regulador de tensión asociado con cada una de la una o más turbinas eólicas. La consigna de regulador de tensión puede corresponder a una consigna a nivel de ganancia o contador de impulsos entre cero y uno. Al ajustar las ganancias del regulador de tensión, se puede reducir la condición de resonancia o se puede reducir la cantidad de resonancia presente en el sistema eléctrico.
[0023] Más en particular, la generación de la una o más señales de control de acuerdo con los modos de realización de ejemplo de la presente divulgación puede incluir lo siguiente: cuando la cantidad de potencia que se produce por la una o más turbinas activas excede o es igual al umbral de potencia predeterminado, el procedimiento incluye generar, por medio del controlador maestro central, una consigna de ganancia del regulador de tensión para cada uno de los reguladores de tensión de las turbinas eólicas, de modo que la ganancia de cada regulador de tensión permanezca constante (es decir, una consigna de regulador de tensión de uno). Esta consigna de regulador de tensión se puede enviar desde el controlador maestro central a cada controlador a nivel de turbina o se puede enviar directamente desde el controlador maestro central a cada uno de los reguladores de tensión. En respuesta a la consigna de ganancia del regulador de tensión, el convertidor de potencia y el regulador de tensión asociados con cada turbina eólica continúan funcionando en sus condiciones actuales y en base a sus parámetros actuales.
[0024] La generación de la una o más señales de control de acuerdo con los modos de realización de ejemplo de la presente divulgación también puede incluir lo siguiente: cuando la cantidad de potencia que se produce por la una o más turbinas activas es menor que el umbral de potencia predeterminado, el procedimiento incluye generar, por medio del controlador maestro central, una consigna de ganancia del regulador de tensión para cada uno de los reguladores de tensión de las turbinas eólicas, de modo que la ganancia de cada regulador de tensión se module dinámicamente en base, al menos en parte, a las necesidades de potencia en el POI (es decir, una consigna de regulador de tensión que sea menor que uno). Esta consigna de regulador de tensión se puede enviar desde el controlador maestro central a cada controlador a nivel de turbina o se puede enviar directamente desde el controlador maestro central a cada uno de los reguladores de tensión. En respuesta a la consigna de ganancia del regulador de tensión, uno o más controladores reducirán las ganancias de tensión entre terminales de cada regulador de tensión asociado con cada turbina eólica en funcionamiento, modificándose de modo que el parque eólico proporcione potencia en el POI que incluya niveles de tensión y corriente que estén dentro de un margen de histéresis. El margen de histéresis asociado con el POI representa las fluctuaciones de potencia asociadas con el sistema de potencia que no afectan adversamente a la estabilidad de la red eléctrica. En algunas circunstancias, el margen de histéresis se basa en las tolerancias de los equipos eléctricos en el POI. En algunos casos, el margen de histéresis está dentro de un 10 % de la cantidad de potencia requerida en el POI.
[0025] De estas maneras, se puede utilizar un controlador maestro central para modular dinámicamente parámetros de múltiples turbinas eólicas y/o parques eólicos que funcionan en un área particular y/o que están conectados a la red en un POI particular. De esta manera, se pueden utilizar sistemas y procedimientos de ejemplo de acuerdo con la presente divulgación para modular múltiples convertidores de potencia de modo que los convertidores de potencia, y las turbinas eólicas asociadas con los mismos, funcionen en un modo de funcionamiento deseado basado en condiciones comunes en un POI (por ejemplo, en un estado de funcionamiento en el que la condición de resonancia esté reducida o la cantidad de resonancia presente en el sistema eléctrico esté de otro modo reducida).
[0026] De esta manera, los aspectos de ejemplo de la presente divulgación pueden proporcionar una serie de efectos y beneficios técnicos, incluyendo modular o controlar simultáneamente los parámetros de uno o más convertidores de potencia (y reguladores de tensión asociados) que funcionan dentro de una determinada área geográfica para adaptar dinámicamente el funcionamiento de dichos convertidores a las necesidades variables de la red eléctrica en el POI, las condiciones de potencia (es decir, los niveles de tensión o corriente) en el POI, la potencia global disponible de la una o más turbinas eólicas y/o uno o más parques eólicos y para adaptar el funcionamiento de dichos convertidores en base a condiciones de red variables.
[0027] La gestión dinámica y simultánea, o prácticamente simultánea, de uno o más convertidores de potencia para controlar o gestionar la resonancia contenida en un sistema eléctrico de turbina eólica ajustando selectivamente las ganancias de los reguladores de tensión del uno o más convertidores de potencia también puede permitir la reducción o eliminación de refuerzos de la red (por ejemplo, incluyendo refuerzos de las líneas de transmisión o integrando equipos adicionales en la red para mejorar la potencia) que estén específicamente diseñados o se necesiten para corregir las condiciones de red débil, de modo que el sistema eléctrico de turbina eólica proporcione la potencia estable (incluyendo niveles de tensión estables) que se requiera por la red en el POI. Dichos sistemas y procedimientos también proporcionan las ventajas de permitir el uso de turbinas eólicas existentes para proporcionar potencia estable a la red sin la necesidad de agregar otros componentes del sistema (por ejemplo, los refuerzos de las líneas de transmisión o integrando equipos adicionales en la red para mejorar la potencia) para abordar las condiciones de red débil. Otros efectos técnicos y beneficios de dichas ventajas de los sistemas de ejemplo de procedimientos de la presente divulgación incluyen seguridad de red potenciada para eventos de la red, regulación de tensión precisa en condiciones variables y seguridad frente a perturbaciones en la tensión del sistema. De esta manera, los aspectos de ejemplo de la presente divulgación pueden proporcionar una serie de efectos y beneficios técnicos.
[0028] En referencia a ahora a las figuras, se analizarán en mayor detalle aspectos de ejemplo de la presente divulgación.
[0029] La FIG. 1 representa una turbina eólica 10 de acuerdo con modos de realización de ejemplo de la presente divulgación. Como se muestra, la turbina eólica 10 incluye una góndola 14 que típicamente aloja un generador 28 (mostrado en la FIG. 2). La góndola 14 está montada en una torre 12 que se extiende desde una superficie de soporte. La turbina eólica 10 también incluye un rotor 16 que incluye una pluralidad de palas de rotor 20 fijadas a un buje rotatorio 18.
[0030] La FIG. 2 representa un sistema de potencia de turbina eólica 100, que incluye una turbina eólica 10 y el sistema de potencia 102 asociado adecuado para su uso con la turbina eólica 10. Cuando el viento impacta en las palas de rotor 20, las palas 20 transforman la energía eólica en un par de torsión de rotación mecánico que acciona de forma rotatoria un eje a baja velocidad 22. El eje a baja velocidad 22 está configurado para accionar la caja de engranajes 24 (si está presente) que posteriormente aumenta la baja velocidad de rotación del eje a baja velocidad 22 para accionar un eje a alta velocidad 26 a una velocidad de rotación incrementada. El eje a alta velocidad 26, en general, está acoplado de forma rotatoria a un generador 28 (tal como un generador de inducción doblemente alimentado o DFIG) para accionar de forma rotatoria un rotor de generador 30. Como tal, se puede inducir un campo magnético rotatorio por el rotor de generador 30 y se puede inducir una tensión dentro de un estator de generador 32 que se acople magnéticamente al rotor de generador 30. La potencia eléctrica asociada se puede transmitir desde el estator de generador 32 a un transformador de tres devanados 34 principal que esté conectado a una red eléctrica en un POI 56 por medio de un disyuntor de red 36. Por tanto, el transformador 34 principal aumenta la amplitud de tensión de la potencia eléctrica de modo que la potencia eléctrica transformada se pueda transmitir, además, a la red eléctrica.
[0031] Además, como se muestra, el generador 28 está acoplado eléctricamente a un convertidor de potencia 38 bidireccional que incluye un convertidor del lado de rotor 40 unido a un convertidor del lado de línea 42 por medio de un enlace de CC 44 regulado. El convertidor del lado de rotor 40 convierte la potencia de CA proporcionada desde el rotor 30 en potencia de CC y proporciona la potencia de CC al enlace de CC 44. El convertidor del lado de línea 42 convierte la potencia de CC en el enlace de CC 44 en potencia de salida de CA adecuada para la red eléctrica. Por tanto, la potencia de CA del convertidor de potencia 38 se puede combinar con la potencia del estator 32 para proporcionar una potencia multifásica (por ejemplo, potencia trifásica) que tenga una frecuencia mantenida sustancialmente en la frecuencia de la red eléctrica (por ejemplo, 50 Hz/60 Hz).
[0032] En algunas configuraciones, el sistema de potencia 102 puede incluir un controlador a nivel de turbina 224 (mostrado en la FIG. 3). El controlador a nivel de turbina 224 puede ser un control, tal como el controlador mostrado y descrito en la FIG. 4.
[0033] El transformador de tres devanados 34 ilustrado puede tener (1) un devanado primario 33 de media tensión (MT) de 33 kilovoltios (kV) conectado a la red eléctrica, (2) un devanado secundario 35 de MT de 6 a 13,8 kV conectado al estator de generador 32 y (3) un devanado terciario 37 de baja tensión (BT) de 690 a 900 voltios (V) conectado al convertidor de potencia del lado de línea 42.
[0034] La FIG. 3 representa un diagrama esquemático de un modo de realización de un sistema de potencia eléctrica 200 de un parque eólico de acuerdo con modos de realización de ejemplo de la presente divulgación. El sistema de potencia eléctrica de parque eólico 200 puede incluir una pluralidad de sistemas de potencia de turbina eólica 100 conectados a una red eléctrica por medio de un POI 56. El sistema de potencia eléctrica de parque eólico 200 puede incluir al menos dos agrupaciones 204 para formar un sistema de potencia eléctrica 200. Los sistemas de potencia de turbina eólica 100 individuales que incluyen una pluralidad de turbinas eólicas 10 se pueden disponer en localizaciones geográficas predeterminadas y conectar eléctricamente entre sí para formar un parque eólico 202.
[0035] La potencia eléctrica asociada con cada sistema de potencia de turbina eólica 100 se puede transmitir a una línea principal 206 por medio de una o más líneas agrupadas 220. Cada sistema de potencia de turbina eólica 100 se puede conectar o desconectar a la una o más líneas agrupadas 220 por medio de uno o más conmutadores o disyuntores 222. Los sistemas de potencia de turbina eólica 100 se pueden disponer en una pluralidad de grupos (o agrupaciones) 204 con cada grupo conectado por separado a una línea principal 206 por medio de los conmutadores 208, 210, 212, respectivamente. Por tanto, como se muestra, cada agrupación 204 puede estar conectada a un transformador 214, 216, 218 separado por medio de los conmutadores 208, 210, 212, respectivamente, para aumentar la amplitud de tensión de la potencia eléctrica de cada agrupación 204 de modo que la potencia eléctrica transformada se pueda transmitir además a la red eléctrica. Además, como se muestra, los transformadores 214, 216, 218 están conectados a una línea principal 206 que combina la tensión de cada agrupación 204 antes de enviar la potencia a la red por medio de un POI 56. El POI 56 puede ser un disyuntor, conmutador u otro procedimiento conocido de conexión a una red eléctrica.
[0036] Cada sistema de potencia de turbina eólica 100 puede incluir un regulador de tensión 228 (es decir, un regulador de tensión entre terminales de turbina eólica). El regulador de tensión 228 regula la tensión que sale por cada sistema de potencia de turbina eólica 100. El regulador de tensión 228 puede estar en comunicación eléctrica con el controlador de turbina 224 o controlador maestro central 226. Por tanto, el controlador a nivel de turbina 224 o controlador maestro central 226 puede emitir una consigna de ganancia del regulador de tensión (Vcmd) a uno o más de los reguladores de tensión 228 que, a su vez, dicte la cantidad de potencia distribuida al POI 56 por medio de las líneas agrupadas 220.
[0037] Cada sistema de potencia de turbina eólica 100 puede incluir uno o más controladores, tales como el controlador de turbina 224. El controlador de turbina 224 se puede configurar para controlar los componentes del sistema de potencia de turbina eólica 100, incluyendo los conmutadores 222 o el regulador de tensión 228, y/o implementar algunas o todas las etapas del procedimiento como se describe en el presente documento. El controlador de turbina 224 se puede localizar en o dentro de cada turbina eólica 10 o se puede localizar de forma remota con respecto a cada turbina eólica 10. El controlador de turbina 224 puede ser parte de o estar incluido con uno o más de los demás controladores asociados con el sistema de potencia de turbina eólica 100 y/o el sistema de potencia eléctrica de parque eólico 200. El controlador de turbina 224 puede hacer funcionar los conmutadores 222 para conectar o desconectar el uno o más sistemas de potencia de turbina eólica 100 de las líneas agrupadas 220 y controlar el regulador de tensión 228, tal como la ganancia del regulador de tensión, en base, al menos en parte, a la potencia requerida en el POI 56, y/o en base, al menos en parte, a las características del sistema de potencia de turbina eólica 100, el sistema de potencia eléctrica de parque eólico 200 y/o las características de las turbinas eólicas 10 (por ejemplo, tamaño, localización, antigüedad, estado de mantenimiento de turbina eólica), de la red eléctrica (por ejemplo, potencia o condición de la red, potencia o condición de la conexión del parque eólico o turbina eólica a la red, arquitectura de la red, localización de la red), de la carga en la red (por ejemplo, cargas que sean pesados o variables) y/o las condiciones ambientales (por ejemplo, las condiciones de viento para la una o más turbinas eólicas).
[0038] El sistema de potencia eléctrica de parque eólico 200 puede incluir uno o más controladores, tales como el controlador maestro central 226. El controlador maestro central 226 se puede configurar para controlar los componentes del sistema de potencia eléctrica de parque eólico 200, incluyendo los conmutadores 208, 210 y 212, los reguladores de tensión 228, comunicarse con uno o más de otros controladores, tales como los controladores a nivel de turbina 224, y/o implementar algunas o todas las etapas del procedimiento como se describe en el presente documento. El controlador maestro central 226 se puede localizar dentro del área geográfica del sistema de potencia eléctrica de parque eólico 200, o cualquier parte del mismo, o se puede localizar de forma remota con respecto al sistema de potencia eléctrica de parque eólico 200, o cualquier parte del mismo. El controlador maestro central 226 puede ser parte de o estar incluido con uno o más de los demás controladores asociados con uno o más de los sistemas de potencia de turbina eólica 100 y/o el sistema de potencia eléctrica de parque eólico 200. Cada una de las agrupaciones 204, sistemas de potencia de turbina eólica 100 o controladores a nivel de turbina 224 se pueden acoplar en comunicación con un controlador maestro central 226.
[0039] El controlador maestro central 226 puede generar y enviar señales de control al controlador de turbina 224 para hacer funcionar los conmutadores 222 para conectar o desconectar el uno o más sistemas de potencia de turbina eólica 100 de las líneas agrupadas 220 en base, al menos en parte, a la potencia requerida en el POI 56. El controlador maestro central 226 puede generar y enviar señales de control a los reguladores de tensión 228 para hacer funcionar o controlar los reguladores de tensión 228 y controlar la cantidad de potencia suministrada al POI desde el uno o más sistemas de potencia de turbina eólica 100 a través de las líneas agrupadas 220 en base, al menos en parte, a la potencia requerida en el POI 56. El controlador maestro central 226 puede generar y enviar señales de control a los conmutadores 208, 210 y/o 212 y/o reguladores de tensión 228 para regular la potencia suministrada al POI 56, en base, al menos en parte, a la potencia requerida en el POI 56, y/o en base, al menos en parte, a las características del sistema de potencia de turbina eólica 100, el sistema de potencia eléctrica de parque eólico 200 y/o las características de las turbinas eólicas 10 (por ejemplo, tamaño, localización, antigüedad, estado de mantenimiento de turbina eólica), de la red eléctrica (por ejemplo, potencia o condición de la red, potencia o condición de la conexión del parque eólico o turbina eólica a la red, arquitectura de la red, localización de la red), de la carga en la red (por ejemplo, cargas que sean pesados o variables) y/o las condiciones ambientales (por ejemplo, las condiciones de viento para la una o más turbinas eólicas).
[0040] La FIG. 4 representa un diagrama de bloques de un controlador 400 de acuerdo con modos de realización de ejemplo de la presente divulgación. El controlador 400 puede ser un controlador a nivel de turbina 224 o un controlador maestro central 226. El controlador 400 puede incluir uno o más procesadores 402 y dispositivos de memoria 404 asociados configurados para realizar una variedad de funciones implementadas por ordenador (por ejemplo, realizando los procedimientos, etapas, cálculos y similares y almacenando datos pertinentes como se divulga en el presente documento). El dispositivo de memoria 404 también puede almacenar la fecha pertinente para determinadas características del sistema de potencia de turbina eólica 100, sistema de potencia eléctrica de parque eólico 200 y/o las características de las turbinas eólicas 10 (por ejemplo, tamaño, localización, antigüedad, estado de mantenimiento de turbina eólica), de la red eléctrica (por ejemplo, potencia o condición de la red, potencia o condición de la conexión del parque eólico o turbina eólica a la red, arquitectura de la red, localización de la red), de la carga en la red (por ejemplo, cargas que sean pesados o variables) y/o las condiciones ambientales (por ejemplo, las condiciones de viento para la una o más turbinas eólicas).
[0041] Adicionalmente, el controlador 400 puede incluir un módulo de comunicaciones 406 para facilitar las comunicaciones entre el controlador y los diversos componentes del sistema de potencia de turbina eólica 100, el sistema de potencia eléctrica de parque eólico 200 y/o el controlador maestro central 226, incluyendo la comunicación entre el controlador maestro central 226 y el controlador a nivel de turbina 224. Además, el módulo de comunicaciones 406 puede incluir una interfaz de sensor 408 (por ejemplo, uno o más convertidores de analógico a digital) para permitir que las señales transmitidas desde uno o más sensores 410, 412, 414 se conviertan en señales que se puedan entender y procesar por los procesadores 402. Se pueden usar los sensores 410, 412 y 414 para medir, averiguar o recabar datos con respecto a las características del sistema de potencia de turbina eólica 100, el sistema de potencia eléctrica de parque eólico 200 y/o las características de las turbinas eólicas 10 (por ejemplo, tamaño, localización, antigüedad, estado de mantenimiento de turbina eólica), de la red eléctrica (por ejemplo, potencia o condición de la red, potencia o condición de la conexión del parque eólico o turbina eólica a la red, arquitectura de la red, localización de la red), de la carga en la red (por ejemplo, cargas que sean pesados o variables) y/o las condiciones ambientales (por ejemplo, las condiciones de viento para la una o más turbinas eólicas).
[0042] El controlador 400 también puede incluir una interfaz de usuario 416. La interfaz de usuario 416 puede tener diversas configuraciones y los controles se pueden montar en la interfaz de usuario 416. La interfaz de usuario 416 también se puede localizar dentro del área geográfica del sistema de potencia eléctrica de parque eólico 200, o cualquier parte del mismo, o se puede localizar de forma remota con respecto al sistema de potencia eléctrica de parque eólico 200, o cualquier parte del mismo. La interfaz de usuario 416 puede incluir un componente de entrada 418. El componente de entrada 418 puede ser, por ejemplo, una pantalla táctil capacitiva. El componente de entrada 418 puede permitir la activación, ajuste o control selectivos del controlador de parque eólico 226 y controlador de turbina 224, así como cualquier característica del temporizador u otras entradas ajustables por el usuario. También se pueden usar individualmente o en combinación uno o más de una variedad de dispositivos de entrada eléctricos, mecánicos o electromecánicos, incluyendo discos selectores, botones pulsadores y tableros gráficos táctiles, como componente de entrada 418. La interfaz de usuario 416 puede incluir un componente de visualización, tal como un dispositivo de visualización digital o analógico diseñado para proporcionar retroalimentación de funcionamiento a un usuario.
[0043] Se debe apreciar que los sensores 410, 412, 414 se pueden acoplar en comunicación al módulo de comunicaciones 406 usando cualquier medio adecuado. Por ejemplo, los sensores 410, 412 y 414 se pueden acoplar a la interfaz de sensor 408 por medio de una conexión por cable. Sin embargo, en otros modos de realización, los sensores 410, 412 y 414 se pueden acoplar a la interfaz de sensor 408 por medio de una conexión inalámbrica, tal como usando cualquier protocolo de comunicaciones inalámbricas adecuado conocido en la técnica. Como tal, el procesador 402 se puede configurar para recibir una o más señales de los sensores 410, 412 y 414. Los sensores 410, 412 y 414 pueden ser parte de o estar incluidos con uno o más de los demás controladores asociados con uno o más de los sistemas de potencia de turbina eólica 100 y/o el sistema de potencia eléctrica de parque eólico 200. Los sensores 410, 412 y 414 también se pueden localizar dentro del área geográfica del sistema de potencia eléctrica de parque eólico 200, o cualquier parte del mismo, o se pueden localizar de forma remota con respecto al sistema de potencia eléctrica de parque eólico 200, o cualquier parte del mismo.
[0044] También se debe entender que los sensores 410, 412 y 414 pueden ser cualquier serie o tipo de sensores de tensión y/o de corriente eléctrica que se pueden emplear dentro de los sistemas de potencia de turbina eólica 100 y en cualquier localización. Por ejemplo, los sensores pueden ser transformadores de corriente, sensores de derivación, bobinas de Rogowski, sensores de corriente de efecto Hall, unidades de mediciones microinerciales (MIMU), o similares, y/o cualquier otro sensor de tensión o de corriente eléctrica adecuado conocido ahora o desarrollado más tarde en la técnica. Por tanto, el uno o más controladores, tales como el controlador de parque eólico 226 y el controlador de turbina 224, están configurados para recibir una o más señales de retroalimentación de tensión y/o corriente eléctrica de los sensores 410, 412 y 414.
[0045] Como se usa en el presente documento, el término "procesador" no solo se refiere a circuitos integrados a los que se hace referencia en la técnica como que están 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 aplicación y otros circuitos programables. El procesador 402 también está configurado para calcular algoritmos de control avanzados y comunicarse con una variedad de protocolos basados en Ethernet o en serie (Modbus, OPC, CAN, etc.). Adicionalmente, el/los dispositivo(s) de memoria 404 puede(n) incluir, en general, elemento(s) de memoria, incluyendo, pero sin limitarse a, un medio legible por ordenador (por ejemplo, una memoria de acceso aleatorio (RAM)), un medio no volátil legible por ordenador (por ejemplo, una memoria flash), un disquete, un disco compacto con memoria de solo lectura (CD-ROM), un disco magnetoóptico (MOD), un disco versátil digital (DVD) y/u otros elementos de memoria adecuados. Dicho(s) dispositivo(s) de memoria 140 se puede(n) configurar, en general, para almacenar instrucciones legibles por ordenador adecuadas que, cuando se implementan por el/los procesador(es) 402, configuran el controlador para realizar las diversas funciones como se describe en el presente documento.
[0046] La FIG. 5 representa un diagrama de flujo de un procedimiento de ejemplo para gestionar o controlar la resonancia en sistemas de turbina eólica. El procedimiento 500 se puede realizar por uno o más controladores, tales como el controlador maestro central 226 y/o el controlador a nivel de turbina 224, y por los demás dispositivos incluidos con un sistema de potencia de turbina eólica 100 y/o sistema de potencia eléctrica de parque eólico 200. La FIG. 5 representa las etapas del procedimiento 500 realizadas en un orden particular con propósitos de ilustración y análisis. Los expertos en la técnica, usando la divulgación proporcionada en el presente documento, entenderán que el procedimiento analizado en el presente documento se puede adaptar, reordenar, ampliar, omitir, realizar simultáneamente, o modificar de diversas maneras sin desviarse del alcance de la presente divulgación.
[0047] Se puede utilizar el procedimiento 500 para gestionar o controlar dinámicamente las fuentes de energía renovable (por ejemplo, tales como el sistema de potencia eléctrica de parque eólico 200 y/o el sistema de potencia de turbina eólica 100) de modo que se hagan funcionar más eficazmente con respecto a la resonancia, sin la necesidad de infraestructura eléctrica o refuerzo de la red adicional. También se puede usar el procedimiento 500 para proporcionar potencia estable (por ejemplo, tensión y corriente estables) a un punto de interconexión (tal como POI 56) entre el uno o más sistemas de potencia eléctrica de parque eólico 200 y la red eléctrica cuando existen resonancias a bajas frecuencias en los sistemas de potencia eléctrica de turbina eólica 200. Los sistemas de potencia eléctrica de turbina eólica pueden incluir uno o más parques eólicos 100. El uno o más parques eólicos pueden incluir una o más turbinas eólicas 10. Cada turbina eólica puede incluir un convertidor de potencia, que puede incluir uno o más reguladores de tensión 228.
[0048] Cuando existen resonancias a bajas frecuencias en los sistemas de potencia eléctrica de turbina eólica 200, se puede utilizar el procedimiento 500 para gestionar dinámica y eficazmente la resonancia ajustando o configurando selectivamente la ganancia del uno o más reguladores de tensión 228, simultánea o independientemente, en base al nivel de tensión requerido en el POI 56 para proporcionar una tensión estable o consistente a la red eléctrica y/o en base al número de turbinas eólicas 10 que están en funcionamiento y una o más características de las turbinas eólicas 10 en funcionamiento (por ejemplo, tamaño, localización, antigüedad, estado mantenimiento de turbina eólica), características de la red eléctrica (por ejemplo, potencia o condición de la red, potencia o condición de la conexión del parque eólico o turbina eólica a la red, arquitectura de la red, localización de la red), características de la carga en la red (por ejemplo, cargas que sean pesadas o variables) y/o condiciones ambientales (por ejemplo, las condiciones de viento para la una o más turbinas eólicas).
[0049] En (502) el procedimiento puede incluir recibir una señal de puesta en marcha que inicie el algoritmo de control para proporcionar una gestión dinámica de la resonancia. La señal de puesta en marcha se puede generar y/o recibir por uno o más controladores, tales como el controlador maestro central 226 y/o el controlador a nivel de turbina 224. La señal de puesta en marcha se puede generar por uno o más controladores, tales como el controlador maestro central 226 y/o el controlador a nivel de turbina 224, en respuesta a una entrada o interacción de usuario con uno o más controladores que indique el deseo de iniciar el procedimiento 500. La entrada de usuario se puede proporcionar a través de una interfaz de usuario, tal como la interfaz de usuario 416 (FIG. 4). La señal de puesta en marcha se puede generar por uno o más controladores, tales como el controlador maestro central 226 y/o el controlador de turbina 224, en respuesta a una o más señales recibidas de los sensores 410, 412 y 414 indicativas del estado o cantidad de potencia en el POI 56 o indicativas de una o más condiciones ambientales (por ejemplo, condiciones de poco viento o ningún viento en una o más turbinas eólicas 10). Pueden existir condiciones de poco de viento cuando hay una cantidad inadecuada de viento para permitir que una turbina eólica 10 produzca o genere una cantidad de potencia que exceda la cantidad de potencia consumida por la turbina eólica 10 para permanecer en funcionamiento. En otras palabras, la velocidad del viento disponible en la turbina eólica 10 es de tal modo que la turbina eólica 10 no puede generar suficiente potencia real para satisfacer las demandas o necesidades de potencia real de la turbina eólica 10.
[0050] No existe ninguna condición de viento cuando la velocidad del viento en la turbina eólica esté por debajo de un umbral de velocidad del viento que representa la cantidad mínima de viento necesaria para provocar que el rotor y las palas de rotor giren. Existen condiciones de poco viento cuando la velocidad del viento está por debajo de un umbral de velocidad del viento en el que hay una cantidad inadecuada de viento para permitir que una turbina eólica produzca o genere una cantidad de potencia real que exceda la cantidad de potencia real consumida por la turbina eólica para permanecer en funcionamiento. En otras palabras, la velocidad del viento disponible en la turbina eólica es de tal modo que la turbina eólica no puede generar suficiente potencia real para satisfacer las demandas o necesidades de potencia real de la turbina eólica. La condición de poco viento también puede representar una condición de viento estacionaria que provocará que el rotor de la turbina eólica se mueva más allá de la velocidad de arranque de la turbina (esto típicamente es una velocidad del viento en estado estacionario de aproximadamente 3 a 4 m/s).
[0051] En (504) el procedimiento puede incluir recibir, por medio de un controlador maestro central 226, una o más señales de una pluralidad de controladores a nivel de turbina 224 indicativas del número de turbinas eólicas 10 activas dentro de uno o más parques eólicos 202. Dicha determinación se puede hacer en base, al menos en parte, a una o más señales recibidas por el uno o más controladores (tales como el controlador de parque eólico 226 y/o controlador de turbina 224) de los sensores 410, 412 y 414 indicativas del estado de funcionamiento de la una o más turbinas eólicas 10 o indicativas de la una o más condiciones ambientales (por ejemplo, condiciones de poco viento o ningún viento en una o más turbinas eólicas 10). Si ninguna turbina eólica 10 puede proporcionar potencia, el procedimiento 500 regresa a (502).
[0052] En (506) el procedimiento puede incluir determinar, por medio del controlador maestro central 226, la capacidad de producción de potencia total del número de turbinas eólicas 10 activas dentro del uno o más parques eólicos 202 (es decir, la máxima cantidad agregada de potencia que se puede producir por la una o más turbinas activas).
[0053] En (508) el procedimiento puede incluir determinar, por medio del controlador maestro central 226, la cantidad de potencia que se está produciendo a partir del número de turbinas eólicas 10 activas dentro del uno o más parques eólicos 202.
[0054] En (510) el procedimiento puede incluir comparar, por medio de uno o más controladores, la cantidad de potencia que se produce por la una o más turbinas activas, que se determinó en (508), con un umbral de potencia predeterminado. La resonancia se experimenta, a menudo, durante situaciones de baja potencia (por ejemplo, condiciones ambientales, velocidades del viento, durante las que las turbinas eólicas 10 están produciendo un nivel de potencia que está por debajo de un umbral de potencia predeterminado).
[0055] En (512) el procedimiento puede incluir generar, por medio del controlador maestro central, una o más señales de control para controlar la una o más turbinas eólicas en base, al menos en parte, a la comparación (510) de la cantidad de potencia que se produce (504) por la una o más turbinas activas con un umbral de potencia predeterminado. El umbral de potencia predeterminado se puede basar, al menos en parte, en las capacidades de producción de potencia total de la una o más turbinas eólicas en el parque eólico, determinadas en (506). El umbral de potencia predeterminado también puede corresponder a condiciones durante las que una o más turbinas eólicas 10 no están generando suficiente potencia para compensar la potencia que se consume por las turbinas eólicas mientras se mantienen en línea (es decir, las turbinas eólicas están produciendo menos potencia real de la que está consumiendo). En esta situación, el umbral de potencia predeterminado es indicativo de condiciones, tales como condiciones de poco viento o ningún viento, en la una o más turbinas eólicas que pueden dar como resultado una condición de resonancia en el sistema de potencia eléctrica de turbina eólica. La señal de control puede corresponder a y controlar la ganancia del regulador de tensión para cada regulador de tensión 228 asociado con cada una de la una o más turbinas eólicas 10. La consigna de regulador de tensión generada en (512) puede corresponder a una consigna a nivel de ganancia o contador de impulsos entre cero y uno. Al ajustar las ganancias del regulador de tensión con la consigna de regulador de tensión generada en (512), se puede reducir la condición de resonancia o se puede reducir la cantidad de resonancia presente en el sistema eléctrico 200.
[0056] En algunos casos, se pueden producir rápidamente fluctuaciones de potencia asociadas con el sistema de potencia eléctrica de turbina eólica 200 o determinadas fluctuaciones de potencia no requieren corrección o ajuste al controlar la ganancia del regulador de tensión para cada regulador de tensión 228 asociado con cada una de la una o más turbinas eólicas 10. En consecuencia, la generación de una consigna de regulador de tensión, que se pueda generar en (512) y pueda corresponder a una consigna a nivel de ganancia o contador de impulsos entre cero y uno, se puede generar de modo que la consigna de nivel de ganancia ajuste gradualmente la ganancia del regulador de tensión para cada regulador de tensión 228 después de. En algunos casos, se puede utilizar un circuito limitador de velocidad de respuesta para gestionar el ajuste de la ganancia del regulador de tensión para cada regulador de tensión 228 durante un periodo de tiempo predeterminado. El limitador de velocidad de respuesta se puede usar para gestionar el tiempo o punto en el que se genera la consigna de regulador de tensión en (512). En otros casos, se puede usar un temporizador para gestionar el ajuste de la ganancia del regulador de tensión para cada regulador de tensión 228 en base, al menos en parte, a un periodo de tiempo predeterminado. El periodo de tiempo predeterminado puede ser un periodo de tiempo establecido, tal como un minuto. En otros casos, el periodo de tiempo predeterminado se puede asociar con el periodo de tiempo durante el que se producen fluctuaciones asociadas con el sistema de potencia eléctrica de turbina eólica 200 dentro del margen de histéresis asociado con el POI 56. El temporizador se puede utilizar para gestionar el tiempo o punto en el que se genera la consigna de regulador de tensión en (512) en base al periodo de tiempo predeterminado. Por tanto, el temporizador o límite de velocidad de respuesta se puede usar para modular o controlar simultáneamente los parámetros del uno o más reguladores de tensión 228 que funcionan dentro de una determinada área geográfica para adaptar dinámicamente el funcionamiento de dichos convertidores a las necesidades variables de la red eléctrica en el POI 56, las condiciones de potencia (es decir, los niveles de tensión o corriente) en el POI 56, la potencia global disponible de la una o más turbinas eólicas y/o uno o más parques eólicos y para adaptar el funcionamiento de dichos convertidores en base a condiciones de red variables.
[0057] En (512), cuando la cantidad de potencia que se produce por la una o más turbinas activas excede o es igual al umbral de potencia predeterminado, el procedimiento incluye generar, por medio del controlador maestro central, una consigna de ganancia del regulador de tensión para cada uno de los reguladores de tensión 228 de las turbinas eólicas 10, de modo que la ganancia de cada regulador de tensión 228 permanezca constante (es decir, una consigna de regulador de tensión de uno). En (512), cuando la cantidad de potencia que se produce por la una o más turbinas activas excede o es igual al umbral de potencia predeterminado, el procedimiento pasa a (514).
[0058] En (514), el procedimiento puede incluir enviar la señal de consigna de regulador de tensión, generada en (512) desde el controlador maestro central 226 a cada controlador a nivel de turbina 224 o la señal de consigna se puede enviar directamente desde el controlador maestro central 226 a cada uno de los reguladores de tensión 228. En respuesta a la consigna de ganancia del regulador de tensión, el convertidor de potencia y el regulador de tensión asociados con cada turbina eólica continúan funcionando en sus condiciones actuales y en base a sus parámetros actuales. Después de esto, el procedimiento 500 regresa a (502).
[0059] En (516), cuando la cantidad de potencia que se produce por la una o más turbinas activas es menor que el umbral de potencia predeterminado en (510), el procedimiento incluye generar, por medio del controlador maestro central, una consigna de ganancia del regulador de tensión para cada uno de los reguladores de tensión 228 de las turbinas eólicas 10, de modo que la ganancia de cada regulador de tensión 228 se module dinámicamente en base, al menos en parte, a las necesidades de potencia en el POI (es decir, una consigna de regulador de tensión que esté entre cero y uno, pero menor de uno). Esta consigna de regulador de tensión se puede enviar desde el controlador maestro central 226 a cada controlador a nivel de turbina 224 o se puede enviar directamente desde el controlador maestro central 226 a cada uno de los reguladores de tensión 228. En respuesta a la consigna de ganancia del regulador de tensión, el uno o más controladores (por ejemplo, el controlador maestro central 226 o controlador a nivel de turbina 224) reducirán o modificarán las ganancias de tensión entre terminales de cada regulador de tensión 228 asociado con cada turbina eólica 10 en funcionamiento, modificándose de modo que el parque eólico 202 proporcione potencia en el POI 56 que incluya niveles de tensión y corriente que estén dentro de un margen de histéresis. El margen de histéresis asociado con el POI 56 representa las fluctuaciones de potencia asociadas con el sistema de potencia eléctrica de turbina eólica 200 que no afectan adversamente a la estabilidad de la red eléctrica. En algunas circunstancias, el margen de histéresis se basa en las tolerancias de los equipos eléctricos en el POI 56. En algunos casos, el margen de histéresis está dentro de un 10 % de la cantidad de potencia requerida en el POI 56 para mantener la estabilidad de la red eléctrica. Después de que las ganancias de tensión entre terminales de cada regulador de tensión 228 se reduzcan o modifiquen en base a la consigna de ganancia del regulador de tensión, el procedimiento 500 regresa a (502).

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. Un procedimiento (500) para controlar un sistema de potencia eléctrica de parque eólico, en el que el sistema de potencia eléctrica de parque eólico incluye uno o más controladores que incluyen un controlador maestro central, una o más turbinas eólicas conectadas eléctricamente a una red eléctrica a través de un punto de interconexión, comprendiendo el procedimiento:
recibir, por el uno o más controladores, una o más señales de un sensor asociado con la una o más turbinas eólicas (502);
determinar, por el uno o más controladores, una o más turbinas eólicas que están funcionando en condiciones indicativas de una condición de resonancia en el sistema de potencia eléctrica de turbina eólica en base, al menos en parte, a la una o más de las señales de sensor (504);
generar, por el uno o más controladores, una o más señales de control en base, al menos en parte, a un requisito de potencia en el punto de intersección (512, 516), caracterizado por que cada turbina eólica incluye un regulador de tensión, en el que el controlador maestro está configurado para controlar un estado de funcionamiento de cada uno de los reguladores de tensión de la una o más turbinas eólicas, en el que el procedimiento comprende, además:
controlar, por el controlador maestro central, un estado de funcionamiento de cada uno de los reguladores de tensión para reducir la condición de resonancia en base, al menos en parte, a la una o más señales de control, que comprende: alterar, por el controlador maestro central, la ganancia del regulador de tensión para uno o más de los reguladores de tensión cuando la potencia total que se produce por las turbinas eólicas activas de la una o más turbinas eólicas sea menor que el umbral de potencia (518).
2. El procedimiento (500) de la reivindicación 1, en el que el procedimiento comprende, además:
determinar, por el controlador, la cantidad total de potencia que se produce por una o más turbinas eólicas activas (506, 508),
y en el que la generación, por el uno o más controladores, de la una o más señales de control se basa, además, al menos en parte, en una comparación entre la potencia total que se produce por las turbinas eólicas activas y un umbral de potencia, determinándose el umbral de potencia en base, al menos en parte, a la condición de resonancia.
3. El procedimiento (500) de la reivindicación 2, en el que el umbral de potencia se basa, al menos en parte, en el número de turbinas eólicas activas que funcionan en condiciones de poco viento o ningún viento.
4. El procedimiento (500) de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la alteración, por el controlador maestro central, de la ganancia del regulador de tensión para cada uno de los reguladores de tensión se basa, al menos en parte, en el requisito de potencia en el punto de intersección.
5. El procedimiento (500) de la reivindicación 4, en el que la alteración, por el controlador maestro central, de la ganancia del regulador de tensión para cada uno de los reguladores de tensión se basa, además, al menos en parte, en un margen de histéresis asociado con el punto de intersección.
6. Un sistema de control (400) para hacer funcionar un sistema de potencia eléctrica de parque eólico (200), en el que el sistema de potencia eléctrica de parque eólico (200) incluye una o más turbinas eólicas (10) conectadas eléctricamente a una red eléctrica a través de un punto de interconexión (56), comprendiendo el sistema de control (400):
uno o más procesadores (402) que comprenden un procesador maestro central (226) configurado para controlar un estado de funcionamiento de cada uno de los reguladores de tensión (228) de la una o más turbinas eólicas (10);
uno o más dispositivos de memoria (404), en el que el uno o más dispositivos de memoria (404) configurados para almacenar instrucciones que, cuando se ejecutan por el uno o más procesadores (402), provocan que el uno o más procesadores (402) realicen operaciones, comprendiendo las operaciones:
recibir, por el uno o más procesadores (402), una o más señales de un sensor (410, 412, 414) asociado con la una o más turbinas eólicas (10);
determinar, por el uno o más procesadores (402), una o más turbinas eólicas (10) que están funcionando en condiciones indicativas de una condición de resonancia en el sistema de potencia eléctrica de turbina eólica (100) en base, al menos en parte, a la una o más de las señales de sensor; generar, por el uno o más procesadores (402), una o más señales de control en base, al menos en parte, a un requisito de potencia en el punto de intersección (56); y
controlar un estado de funcionamiento de cada uno de los reguladores de tensión (228) en base, al menos en parte, a la una o más señales de control, que comprende: alterar, por el procesador maestro central (226), la ganancia del regulador de tensión para uno o más de los reguladores de tensión (228) cuando la potencia total que se produce por las turbinas eólicas (10) activas de la una o más turbinas eólicas (10) sea menor que el umbral de potencia.
7. El sistema de control (400) de la reivindicación 6, en el que las operaciones comprenden, además:
determinar, por los procesadores (402), una cantidad total de potencia que se produce por una o más turbinas eólicas (10) activas, y en el que la generación, por el uno o más procesadores, de la una o más señales de control se basa, además, al menos en parte, en una comparación entre la potencia total que se produce por las turbinas eólicas (10) activas y un umbral de potencia, el umbral de potencia determinado en base, al menos en parte, a la condición de resonancia.
8. El sistema de control (400) de la reivindicación 7, en el que el umbral de potencia se basa, al menos en parte, en el número de turbinas eólicas (10) activas que funcionan en condiciones de poco viento o ningún viento.
9. El sistema de control (400) de cualquiera de las reivindicaciones 7 u 8, en el que la alteración, por el procesador maestro central (226), de la ganancia del regulador de tensión para cada uno de los reguladores de tensión (228) se basa, al menos en parte, en el requisito de potencia en el punto de intersección (56).
10. El sistema de control (400) de la reivindicación 9, en el que la alteración, por el procesador maestro central (226), de la ganancia del regulador de tensión para cada uno de los reguladores de tensión (228) se basa, además, al menos en parte, en un margen de histéresis asociado con el punto de intersección (56).
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