ES2907818T3 - Método para manejar un evento de sobretensión y generador de inducción doblemente alimentado - Google Patents

Abstract

Método para hacer funcionar un generador de inducción doblemente alimentado (201) durante un evento de sobretensión, estando adaptado dicho generador de inducción doblemente alimentado para inyectar corriente activa (I) y reactiva (Id, Isd, Igd) en una red asociada, comprendiendo el método las etapas de 1) determinar la aparición de un evento de red de sobretensión (100), y 2) mantener un inversor del lado de red (204) del generador de inducción doblemente alimentado completamente operativo durante el evento de sobretensión para mantener una capacidad de corriente activa (I) y corriente reactiva (Igd) controlable durante el evento de sobretensión, caracterizado porque el inversor del lado de red (204) se mantiene completamente operativo absorbiendo la corriente reactiva (Igd) de manera controlable durante el evento de sobretensión, y una absorción de corriente reactiva total (Id) sigue una dependencia predeterminada con respecto a una tensión de red durante el evento de sobretensión.

Description

DESCRIPCIÓN

Método para manejar un evento de sobretensión y generador de inducción doblemente alimentado

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un método para manejar eventos de paso por sobretensión (OVRT). En particular, la presente invención se refiere a un método para manejar eventos de OVRT en relación con sistemas de generador de inducción doblemente alimentados (DFIG).

Antecedentes de la invención

En los últimos años, se han sugerido diversas demandas que regulen el comportamiento de, por ejemplo, las instalaciones de turbina eólica durante fallos de red. Las demandas de red recientes requieren que las instalaciones de turbina eólica permanezcan conectadas a la red durante eventos de red de sobretensión y al mismo tiempo soporten la red durante tales eventos.

El documento EP 2 704 309 A2 da a conocer un método para controlar un generador de inducción de alimentación dual (DFIG) en respuesta a un evento de red de sobretensión. El método implica que una salida de una parte de bucle cerrado de un regulador de corriente de rotor se establezca en un valor fijo de manera que una trayectoria de una tensión interna para el DFIG. Además, el método implica que se detecta una condición de una alta tensión de CC en un enlace de CC o una condición predictiva de alta tensión de CC en el enlace de CC, y en respuesta, un comando de corriente relacionado con rotor se reduce a aproximadamente cero. Por lo tanto, el método sugerido en el documento EP 2 704 309 A2 tiene como objetivo proteger el DFIG durante el evento de red de sobretensión estableciendo el comando de corriente relacionado con rotor en aproximadamente cero. Es una desventaja de este enfoque que, aunque el DFIG esté protegido durante el evento de red de sobretensión, la propia red no se soporta adecuadamente durante el evento.

Puede verse como un objeto de realizaciones de la presente invención proporcionar un método para soportar la red durante un evento de OVRT.

Puede verse como un objeto adicional de realizaciones de la presente invención proporcionar un método para mantener un inversor del lado de la red completamente operativo durante un evento de OVRT.

Puede verse como un objeto adicional de realizaciones de la presente invención proporcionar un método para garantizar que un inversor del lado de la red sea capaz de inyectar potencia tanto activa como reactiva en una red asociada durante un evento de OVRT.

El documento WO2014032256A1 proporciona un método para proteger una o más máquinas eléctricas durante un fallo de red en un sistema eléctrico conectado con la una o más máquinas eléctricas. El método incluye detectar un fallo de red en un sistema eléctrico; tomar una o más primeras acciones de un primer conjunto de acciones basándose un fallo de red detectado en el sistema eléctrico; detectar al menos una condición de funcionamiento del sistema eléctrico después de tomar una o más primeras acciones del primer conjunto de acciones basándose en el fallo de red detectado en el sistema eléctrico; y tomar una o más segundas acciones de un segundo conjunto de acciones basándose la al menos una condición de funcionamiento detectada del sistema eléctrico.

El documento US2012205981 proporciona un método y un sistema para hacer funcionar un inversor de parque solar como un dispositivo de sistema de transmisión flexible de CA (FACTS), un STATCOM, para control de tensión. El inversor de parque solar puede proporcionar regulación de tensión, mejora de amortiguación, mejora de estabilidad y otros beneficios proporcionados por los dispositivos de FACTS. En una realización, el parque solar que funciona como un STATCOM por la noche se emplea para aumentar la conectividad de parques eólicos vecinos que producen potencia de pico por la noche debido a vientos fuertes, pero no pueden conectarse debido a problemas de regulación de tensión. La presente invención también puede funcionar durante el día porque queda capacidad de inversor después de la exportación de potencia real por la granja solar. Se incorporan controladores auxiliares adicionales en el inversor de parque solar para mejorar la amortiguación y la estabilidad, y proporcionar otros beneficios proporcionados por los dispositivos de FACTS.

Descripción de la invención

La presente invención se define en las reivindicaciones independientes adjuntas.

En el presente contenido, el término completamente operativo debe considerarse que significa que los conmutadores activos del inversor del lado de la red permanecen completamente controlables. Los conmutadores activos del inversor del lado de la red pueden ser transistores bipolares de puerta aislada (IGBT).

Cuando se ha detectado un evento de red de sobretensión, el DFIG entra en una condición de funcionamiento anómalo hasta que la tensión de red vuelve a un intervalo de tensión predeterminado. Este intervalo de tensión predeterminado puede ser una tensión definida por el usuario, tal como, por ejemplo, el intervalo entre 0,9 pu y 1,1 pu, donde 1 pu corresponde a la tensión de red nominal.

La presencia o aparición del evento de red de sobretensión puede determinarse a partir de una medición de tensión de red. La medición de tensión de red puede comprender la medición de un valor cuadrático medio (RMS) de red de tensión . Alternativamente, si se requiere una respuesta rápida, la medición de tensión de red puede comprender la medición de un valor de red de tensión de pico. El nivel de activación para entrar en la condición de funcionamiento anómalo puede definirse por el usuario, y puede, por ejemplo, estar dentro del intervalo de tensión de red 1,05 -1,2 pu. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que también son aplicables otros intervalos de tensión de red.

El hecho de que el DFIG mantenga sus capacidades de potencia activa y/o reactiva controlables debe considerarse que significa que el inversor del lado de la red puede absorber corriente reactiva durante el evento de OVRT para reducir la tensión del terminal del inversor del lado de la red. Si va a inyectarse una cantidad total determinada de corriente reactiva en la red asociada, la cantidad de corriente reactiva inyectada desde el estator, por consiguiente, puede ajustarse.

El método de la presente invención puede proporcionar que al menos el nivel de potencia activa total inyectado en la red asociada durante el evento de OVRT permanezca esencialmente sin cambios en comparación con el nivel de potencia activa inyectada antes de la aparición del evento de red de sobretensión. Alternativamente, el nivel de potencia activa total inyectado en la red asociada durante el evento de OVRT puede seguir una señal de referencia de potencia. En un DFIG, la cantidad total de potencia activa inyectada en la red es igual a la suma de la potencia activa entregada por el estator y la potencia activa entregada por medio del inversor del lado de la red.

Según la invención, la cantidad de corriente reactiva que va a absorberse sigue una dependencia predeterminada con respecto a la tensión de red durante el evento de OVRT. De hecho, la cantidad de corriente reactiva que va a absorberse puede seguir una de una pluralidad de dependencias predeterminadas con respecto a la tensión de red durante el evento de OVRT. Esta pluralidad de dependencias predeterminadas puede definirse y seleccionarse posteriormente de, por ejemplo, una tabla de consulta.

Las dependencias predeterminadas pueden implicar dependencias lineales esenciales, pero también son aplicables otros tipos de dependencias.

La dependencia predeterminada que se aplicará puede seleccionarse entre la pluralidad de dependencias según, por ejemplo, la resistencia de la red. Una red relativamente fuerte puede soportar una corriente reactiva más pronunciada y más agresiva frente a la dependencia de la tensión de red, mientras que puede aplicarse ventajosamente un enfoque menos agresivo en relación con una red relativamente débil y posiblemente aislada.

El principio de la presente invención puede ser aplicable a niveles de turbina eólica, así como a niveles de planta de energía siempre que la turbina eólica implicada sean DFIG.

El método según la invención puede realizarse mediante un producto de programa informático ejecutado en un ordenador o microprocesador. Como ejemplo que no forma parte de la invención, el ordenador o microprocesador puede formar parte de un controlador DFIG o un controlador de planta de energía.

Como ejemplo que no forma parte de la invención, el DFIG puede formar parte de una única turbina eólica, que puede formar parte de una planta de energía eólica que comprende una pluralidad de tales turbinas.

El DFIG puede comprender además medios para medir la tensión de red. Como ejemplo que no forma parte de la invención, el DFIG comprende medios de control para controlar el inversor del lado de la red, en particular, los conmutadores activos controlables del inversor del lado de la red. Como ejemplo que no forma parte de la invención, la tensión de red que va a medirse indicada anteriormente puede implicar la tensión de red de RMS o una tensión de pico en caso de que se requiera una respuesta rápida.

Breve descripción de los dibujos

La presente invención se describirá ahora con más detalle con referencia a las figuras adjuntas, en las que

la figura 1 muestra una curva de tolerancia a OVRT,

la figura 2 muestra una instalación de DFIG, y

la figura 3 muestra la corriente reactiva frente a tensión de red en un evento de red de sobretensión.

Descripción detallada de la invención

La presente invención se refiere a un método para controlar un DFIG durante un evento de OVRT sin perder el control de un inversor del lado de la red que incluye su capacidad para entregar potencia activa a una red asociada durante el evento de OVRT. El método de la presente invención facilita de ese modo que la entrega de potencia activa a la red asociada pueda satisfacerse durante un evento de OVRT, mientras, al mismo tiempo, la corriente reactiva se absorbe de la red asociada para reducir la tensión de la red. La absorción de corriente reactiva garantiza que el inversor del lado de la red se mantenga completamente operativa. Si va a inyectarse una determinada cantidad de corriente reactiva total en la red asociada, por consiguiente, puede ajustarse la cantidad de corriente reactiva del estator.

Tras la detección de la aparición de un evento de red de sobretensión, la instalación de turbina eólica de DFIG pasa de una condición de funcionamiento normal a una condición de funcionamiento anómalo.

La figura 1 muestra un ejemplo de una curva de tolerancia a OVRT 100 donde la tensión de red se mapea frente al tiempo. En niveles de tensión de red que están por debajo de la curva de tolerancia, la instalación de turbina eólica debe permanecer conectada a la red. Como se representa en la figura 1 la instalación de turbina eólica debe poder hacerse funcionar a una tensión de red de 1,36 pu durante 30 s. Como se indicó anteriormente, una tensión de red de 1 pu corresponde a la tensión de red nominal. Por encima de una tensión de red de 1,36 pu se permite que la instalación de turbina eólica se active inmediatamente. De manera similar, la instalación de turbina eólica debe poder funcionar a 1,24 pu durante otros 30 s, y funcionar a 1,16 pu hasta 1000 s. Cabe señalar que las curvas de tolerancia a OVRT pueden diferir de la representada en la figura 1. Por lo tanto, tanto los niveles de tensión de red como los períodos de tiempo asociados pueden ser diferentes de lo que se representa en la figura 1.

La figura 2 muestra un esquema de una configuración de DFIG 200 típica donde un generador de turbina eólica 201 está acoplado a la red 207 por medio de dos ramas de potencia trifásicas. Una de estas ramas de potencia 209 conecta el estator del generador 201 al transformador principal 206, por lo que puede proporcionarse potencia desde el estator a la red 207. Otra rama de potencia va por medio de un convertidor de lado de rotor 203, un inversor del lado de la red 204 y un enlace de CC intermedio 205. El enlace de CC intermedio 205 comprende un condensador 213 y un interruptor periódico de CC 214 (del inglés, DC chopper).

Como se representa en la figura 2 el rotor está conectado al convertidor de rotor 203 por medio del enlace de potencia trifásico 208. De manera similar, el inversor del lado de la red 204 está conectado al transformador principal 206 por medio de la bobina de choque de inversor de red 211 y el enlace de potencia trifásico 210. Un condensador 212 se proporciona puesto a tierra. Un controlador de turbina eólica 215 controla el convertidor de lado de rotor 203 y el inversor del lado de la red 204 en respuesta a una serie de señales de control entrantes 216, como una medición de una tensión de red real.

El transformador principal 206 normalmente tiene diferentes relaciones de transformador entre la rama de estator y la red, y entre la rama de convertidor/inversor y la misma red.

Como se indicó anteriormente, el objetivo general de la presente invención es mantener el control total sobre el inversor del lado de la red durante un evento de OVRT. Por lo tanto, la presente invención se refiere a mantener el control total sobre los conmutadores controlables, tal como sobre los IGBT, del inversor del lado de la red.

Si el inversor del lado de la red debe mantenerse completamente operativo, la corriente reactiva necesita absorberse por medio de este inversor, por lo que la tensión terminal del inversor del lado de la red se mantiene a un nivel que permite el control total del inversor. Como resultado de mantener el funcionamiento completo del inversor del lado de la red, también puede proporcionarse potencia activa a la red.

Durante un evento de red de sobretensión, la tensión de red aumenta una determinada cantidad por encima de su nivel nominal. Esta determinada cantidad puede ser, por ejemplo, del 10 %. De manera similar, puede desencadenarse un evento por debajo del régimen nominal cuando la tensión de red cae por debajo de, por ejemplo, el 90 % de su valor nominal.

Cuando la tensión de red aumenta durante un evento de red de sobretensión, la tensión en la rama del convertidor/inversor 210 aumenta de manera proporcional teniendo en cuenta la relación de transformador del transformador principal. Se producirá una caída de tensión sobre la bobina de choque de inversor del lado de la red 211, por lo que la tensión terminal en el inversor de red 204 disminuye. La caída de tensión a través de la bobina de choque de inversor del lado de la red 211 es proporcional a la corriente, I, y la inductancia de bobina de choque, L, por medio de la relación Vc = I-jroL.

Como se ha abordado anteriormente, el objeto de la presente invención es garantizar que el inversor del lado de la red 204 se mantenga completamente operativo durante un evento de red de sobretensión. Este estado completamente operativo del inversor del lado de la red 204 se garantiza absorbiendo una cantidad apropiada de corriente reactiva por medio del inversor del lado de la red. La absorción de la corriente reactiva por medio del inversor del lado de la red 204 genera una caída de tensión a través de la bobina de choque de inversor del lado de la red 211 por lo que la tensión terminal en el inversor del lado de la red 204 puede mantenerse por debajo de un nivel de tensión umbral crítico por encima del cual el inversor del lado de la red se vuelve incontrolable.

Los niveles de potencia activa, Pwtg, y reactiva, Qwtg, totales entregados a la red se dan por las sumas respectivas de las contribuciones de potencia activa y reactiva, es decir,

Pwtg - Ps Pg

Qwtg - Qs Qg

donde Ps y Pg son los niveles de potencia activa de las ramas de estator e inversor del lado de la red, respectivamente, mientras que Qs y Qg son los niveles de potencia reactiva de las ramas de estator e inversor del lado de la red, respectivamente.

De manera similar, los niveles de corriente activa, Iac, y reactiva, Ireac, totales entregados a la red se dan por las sumas respectivas de las contribuciones de corriente activa y reactiva, es decir,

1 - |S Ig

Id — Isd Igd

donde Is e Ig son los niveles de corriente activa de las ramas de estator e inversor del lado de la red, respectivamente, mientras que Isd e Igd son los niveles de corriente reactiva de las ramas de estator e inversor del lado de la red, respectivamente.

Por lo tanto, si la corriente reactiva total, Id, debe permanecer esencialmente constante durante un evento de OVRT, y la corriente reactiva del inversor, Igd, se altera para mantener el inversor del lado de la red completamente operativo, la corriente reactiva del estator, Isd, por consiguiente, tiene que cambiarse.

La presente invención garantiza que al menos el Pwtg no se vea afectado por la aparición de un evento de red de sobretensión. Para reducir la tensión de red, el inversor del lado de la red del DFIG debe absorber una cantidad de corriente reactiva. Esta absorción de corriente reactiva garantiza que el inversor del lado de la red se mantenga completamente funcional debido a la tensión terminal de inversor reducida. Si debe inyectarse una cantidad predeterminada de corriente reactiva total en la red asociada, por consiguiente, puede ajustarse la cantidad de corriente reactiva del estator.

La figura 3 muestra un ejemplo de una corriente de red reactiva típica, Id, frente a la tensión de red. El lado izquierdo de la figura 3 se refiere a eventos por debajo del régimen nominal, mientras que el lado derecho se refiere a eventos de red de sobretensión. Con referencia a la figura 2, la corriente de red reactiva, Id, es igual a la suma de la corriente reactiva de estator, Isd, y la corriente reactiva de inversor, Igd. Siempre que la tensión de red esté entre, por ejemplo, 0,9 y 1,1 pu, es decir, en la región 305, no se inicia ninguna regulación de potencia reactiva. Obviamente, estos límites (0,9 y 1,1 pu) pueden ser diferentes.

En la región de baja tensión, debe inyectarse una corriente reactiva positiva en la red para soportar la tensión de red. Dos corrientes reactivas frente a dependencias de tensión de red 301, 303 se representan en la figura 3. La resistencia y la estabilidad de la red a menudo se tienen en cuenta cuando se elige la cantidad de corriente reactiva que va a inyectarse. Esto significa que en caso de una red débil y que puede aislarse, puede seleccionarse un enfoque menos agresivo, como la curva 303. Por el contrario, en caso de una red fuerte y estable, puede seleccionarse ventajosamente un enfoque más agresivo, como la curva 301.

En caso de un evento de red de sobretensión, la corriente reactiva debe absorberse de la red para reducir la tensión de red, y la tensión terminal del inversor del lado de la red. De nuevo, la resistencia y la estabilidad de la red pueden tenerse en cuenta cuando se elige la cantidad de corriente reactiva que va a inyectarse. Por lo tanto, una red débil da como resultado un enfoque menos agresivo, véase la curva 304, mientras que una red fuerte es capaz de manejar un enfoque más agresivo, véase la curva 302.

Cuando la tensión de red se ha reducido por medio de la absorción de corriente reactiva, y nuevamente se encuentra dentro de la región 305 de la figura 3, la instalación de turbina eólica vuelve a una condición de funcionamiento normal.

Claims (12)

REIVINDICACIONESi. Método para hacer funcionar un generador de inducción doblemente alimentado (201) durante un evento de sobretensión, estando adaptado dicho generador de inducción doblemente alimentado para inyectar corriente activa (I) y reactiva (Id, Isd, Igd) en una red asociada, comprendiendo el método las etapas de

1) determinar la aparición de un evento de red de sobretensión (100), y

2) mantener un inversor del lado de red (204) del generador de inducción doblemente alimentado completamente operativo durante el evento de sobretensión para mantener una capacidad de corriente activa (I) y corriente reactiva (Igd) controlable durante el evento de sobretensión,

caracterizado porque el inversor del lado de red (204) se mantiene completamente operativo absorbiendo la corriente reactiva (Igd) de manera controlable durante el evento de sobretensión, y una absorción de corriente reactiva total (Id) sigue una dependencia predeterminada con respecto a una tensión de red durante el evento de sobretensión.

2. Método según la reivindicación 1, que comprende además la etapa de inyectar corriente reactiva desde el estator del generador de inducción doblemente alimentado en la red asociada.

3. Método según la reivindicación 1, en el que la absorción de corriente reactiva total sigue una de una pluralidad de dependencias predeterminadas con respecto a una tensión de red durante el evento de sobretensión.

4. Método según la reivindicación 3, en el que la pluralidad de dependencias predeterminadas puede seleccionarse de una tabla de consulta.

5. Método según la reivindicación 4, en el que la pluralidad de dependencias predeterminadas comprende dependencias esencialmente lineales.

6. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el nivel de potencia activa total inyectada en la red asociada durante el evento de sobretensión no cambia esencialmente en comparación con el nivel de potencia activa inyectada antes de la aparición del evento de red de sobretensión.

7. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en el que el nivel de potencia activa total inyectada en la red asociada durante el evento de sobretensión sigue una señal de referencia de potencia.

8. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la aparición del evento de red de sobretensión se determina a partir de una medición de tensión de red.

9. Método según la reivindicación 8, en el que la medición de tensión de red comprende la medición de un valor de tensión RMS o un valor de tensión de pico.

10. Producto de programa informático que comprende instrucciones para realizar el método según cualquiera de las reivindicaciones 1-9 cuando dicho producto de programa informático se ejecuta en un ordenador o microprocesador.

11. Generador de inducción doblemente alimentado (201) que está adaptado para inyectar corriente activa (I) y reactiva (Id, Isd, Igd) en una red asociada, comprendiendo el generador de inducción doblemente alimentado: 1) medios para determinar la aparición de un evento de red de sobretensión (100), y

2) medios para mantener un inversor del lado de red (204) del generador de inducción doblemente alimentado completamente operativo durante el evento de sobretensión para mantener una capacidad de corriente activa (I) y corriente reactiva (Igd) controlable durante el evento de sobretensión,

caracterizado porque el inversor del lado de red (204) está configurado para mantenerse completamente operativo absorbiendo la corriente reactiva (Igd) de manera controlable durante el evento de sobretensión, y una absorción de corriente reactiva total (Id) sigue una dependencia predeterminada con respecto a una tensión de red durante el evento de sobretensión.

12. Generador de inducción doblemente alimentado según la reivindicación 11, que comprende además medios para medir la tensión de red.