ES2911682T3 - Procedimientos y sistemas para controlar un convertidor de potencia - Google Patents

Abstract

Un sistema de sincronización (182) para controlar una operación de un conjunto de conversión de potencia (42) de un sistema de generación de potencia (150) que comprende un generador de potencia (34) que comprende un rotor (50), un sensor de posición de ángulo de rotor (54) configurado para producir una señal de posición de ángulo de rotor (55), y un estator (27) acoplado a una red eléctrica (136), comprendiendo el conjunto de conversión de potencia (42) un convertidor de línea CC-CA (82) acoplado a la red eléctrica (136) y el estator (27), un convertidor de rotor CA-CC (84) acoplado al rotor (30), y un enlace de CC (78) que conecta el convertidor de línea (82) y el convertidor de rotor (84), comprendiendo dicho sistema de sincronización (182): un bucle de enganche de fase (PLL) (80) configurado para: recibir una tensión entre bornes (138) desde un nodo (29) entre el conjunto de conversión de potencia (42) y una red eléctrica (136); generar una señal de ángulo de fase de PLL (208); y generar una señal de error de PLL (190) representativa de una diferencia entre un ángulo de fase del sistema de generación de potencia (150) y un ángulo de fase de la red eléctrica (136); un circuito lógico de desplazamiento de ángulo de línea (172) configurado para: recibir la señal de error de PLL (190); comparar la señal de error de PLL (190) con un umbral superior predefinido y un umbral inferior predefinido; y generar una señal de desplazamiento de PLL (210) en base al menos parcialmente a la señal de error de PLL, el umbral superior y el umbral inferior; una primera unión sumadora (168) configurada para restar la señal de posición de ángulo de rotor (55) de la señal de ángulo de fase de PLL (208) para producir una señal de referencia de ángulo de convertidor de rotor (214); una segunda unión sumadora (170) configurada para sumar la señal de ángulo de fase de PLL (208) y la señal de desplazamiento de PLL (210) para producir una señal de referencia de ángulo de convertidor de línea (212); y un controlador (156) configurado para generar una pluralidad de señales de control de convertidor de línea (216) en base a la señal de referencia de ángulo de convertidor de línea (212) y transmitir las señales de control de convertidor de línea al conjunto de conversión de potencia (42), y configurado para generar señales de control de convertidor de rotor (218) en base a la señal de referencia de ángulo de convertidor de rotor (214) y transmitir las señales de control de convertidor de rotor (218) al conjunto de conversión de potencia (42). Un sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dichas señales de control de convertidor de línea (216) están configuradas para alinear una salida de sistema de generación de potencia (150) con una fase de la red eléctrica (136), y dichas señales de control de convertidor de rotor (218) están configuradas para facilitar una sincronización de la salida del conjunto de conversión de potencia (42) en fase con la red eléctrica (136). Un sistema de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que dicho circuito lógico de desplazamiento de ángulo de línea (172) está configurado para generar al menos una de la señal de desplazamiento de PLL (210) igual a cero cuando la señal de error de PLL (190) está definida dentro del umbral superior y del umbral inferior. Un sistema de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que dicho circuito lógico de desplazamiento de ángulo de línea (172) está configurado para generar al menos una de la señal de desplazamiento de PLL (210) igual a una función de la señal de error de PLL (190) cuando la señal de error de PLL está definida fuera del umbral superior y del umbral inferior. Un sistema de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que el generador de potencia (34) incluye un generador hidroeléctrico y/o un generador de turbina eólica.

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimientos y sistemas para controlar un convertidor de potencia

[0001] Diversos de los modos de realización descritos en el presente documento se refieren al control de la operación de los sistemas de generación y suministro de potencia, y, más específicamente, a la estabilización de un convertidor de potencia después de un evento de contingencia de red eléctrica.

[0002] Los generadores de turbina eólica utilizan energía eólica para producir potencia eléctrica. Los generadores de turbina eólica típicamente incluyen un rotor que tiene múltiples palas que transforman la energía eólica en un movimiento de rotación de un eje motor que, a su vez, se utiliza para accionar un generador eléctrico para producir potencia eléctrica. Cada una de las múltiples palas se puede pitchear para incrementar o disminuir la velocidad de rotación del rotor. Una salida de potencia de un generador de turbina eólica se incrementa con la velocidad del viento hasta que la velocidad del viento alcanza una velocidad nominal del viento para la turbina. A la velocidad nominal del viento y por encima de esta, el generador de turbina eólica opera a una potencia nominal. Véase, por ejemplo, los documentos EP 2336554, EP 2302783 y EP 2270974. En particular, el documento EP 2 302783 describe un sistema de distribución de potencia que comprende un módulo de conversión de potencia para realizar la conversión de potencia entre una tensión de CC en un lado de CC y una potencia de CA en un lado de CA, y un sistema de control de conversión. El lado de CA del módulo de conversión de potencia está acoplado eléctricamente a una red. El sistema de control de conversión incluye un circuito de bucle de enganche de fase para recibir una señal de referencia multifásica de una tensión de red y para generar una señal sincronizada, un regulador para recibir consignas de referencia, una señal de retroalimentación de red bifásica y la señal sincronizada, y para generar una señal de control para el módulo de conversión de potencia, y un circuito de compensación de fase para recibir la señal sincronizada y la señal de referencia multifásica de la tensión de red, para obtener una señal de desplazamiento de fase y para generar una señal de compensación de fase para compensar las consignas de referencia o para compensar la señal sincronizada cuando la señal de desplazamiento de fase sobrepasa un valor umbral.

[0003] La operación a velocidad variable del generador de turbina eólica facilita la captación mejorada de energía por el generador de turbina eólica en comparación con una operación a velocidad constante del generador de turbina eólica. Sin embargo, la operación a velocidad variable del generador de turbina eólica produce electricidad que tiene una tensión y/o frecuencia variables. Más específicamente, la frecuencia de la electricidad generada por el generador de turbina eólica a velocidad variable es proporcional a la velocidad de rotación del rotor. Se puede acoplar un convertidor de potencia entre el generador eléctrico y una red eléctrica. El convertidor de potencia genera electricidad que tiene una tensión y una frecuencia fijos para su suministro en la red eléctrica.

[0004] La potencia generada por una empresa eléctrica, que usa fuentes de energía renovables o fuentes de energía basadas en combustibles fósiles, típicamente se suministra a un cliente a través de una red eléctrica. Se requiere que la electricidad aplicada a la red eléctrica cumpla con las expectativas de conectividad a la red. Estos requisitos abordan cuestiones de seguridad, así como asuntos sobre la calidad de la energía. Por ejemplo, las expectativas de conectividad a la red incluyen operar el sistema de generación de potencia durante un evento transitorio, también denominado en el presente documento evento de contingencia de red. Los eventos transitorios pueden incluir condiciones de fallo de red y condiciones de red débil. Esta capacidad se puede denominar evento de soportar baja tensión (LVRT) o de capacidad de soportar tensión cero (ZVRT). Un evento de LVRT/ZVRT es una condición donde la tensión de la red de corriente alterna (CA) es baja en cualquiera de una fase de la red eléctrica o de múltiples fases de la red eléctrica.

[0005] Durante un evento de LVRT/ZVRT, la capacidad de la red eléctrica para aceptar potencia del sistema de generación de potencia es baja. Después de las acciones de conmutación en la red externa, la impedancia de la red se puede incrementar sustancialmente, dando lugar a una condición denominada en el presente documento "red débil". Una red débil también se puede dar en situaciones donde un sistema de generación de potencia está conectado a una red en un lugar remoto con respecto a otras fuentes de generación. En este tipo de situación, la capacidad de mantener la conectividad de la red a través de eventos de red se puede ver reducida debido a se dispone de una transmisión de corriente alterna más débil para que el sistema de generación de potencia sincronice su fase. Cuando las turbinas eólicas están localizadas en una red débil, las fluctuaciones de potencia de turbina eólica pueden dar lugar a un incremento de variaciones de magnitud y de frecuencia en la tensión de red medidas por el generador de turbina eólica. Estas fluctuaciones pueden afectar negativamente al rendimiento y a la estabilidad del control de fase de turbina eólica.

[0006] La operación del convertidor de potencia se controla para facilitar el tratamiento de la aparición de eventos de contingencia de la red. Una vez que el evento de contingencia de red se disipa, el convertidor de potencia se controla para facilitar la recuperación desde el evento y poner de nuevo el sistema de generación de potencia en operación en régimen permanente. Durante la recuperación, las oscilaciones del sistema pueden provocar inestabilidad, por ejemplo, inestabilidad en la salida de potencia del convertidor de potencia.

[0007] Por consiguiente, se proporciona la presente invención, como se define en las reivindicaciones adjuntas.

[0008] Se describirán ahora diversos aspectos y modos de realización de la presente invención en relación con los dibujos adjuntos, en los que:

La figura 1 es un diagrama de bloques de un sistema de generación de potencia de ejemplo que presenta un generador de potencia.

La figura 2 es una vista en perspectiva de una parte de una turbina eólica de ejemplo que se puede usar en el sistema de generación de potencia mostrado en la figura 1.

La figura 3 es una vista en corte parcial de una parte de la turbina eólica mostrada en la figura 2.

La figura 4 es un diagrama de bloques de la turbina eólica mostrada en la figura 2.

La figura 5 es un diagrama de bloques del sistema de generación y suministro de potencia de ejemplo que puede incluir la turbina eólica mostrada en la figura 2.

La figura 6 es un diagrama de bloques de un sistema de control de convertidor de ejemplo que se puede incluir dentro del sistema de generación y suministro de potencia mostrado en la figura 5.

La figura 7 es un diagrama de bloques esquemático de un convertidor de potencia de ejemplo.

La figura 8 es un diagrama de bloques esquemático de un sistema de sincronización de ejemplo del convertidor de potencia mostrado en la figura 7.

Las figuras 9 a 18 son vistas gráficas que ilustran la operación del sistema de generación y suministro de potencia mostrado en la figura 5 después de un evento de contingencia de red.

La figura 19 es un diagrama de flujo de un procedimiento de ejemplo para controlar el sistema de generación y suministro de potencia mostrado en la figura 5.

[0009] Como se usa en el presente documento, se pretende que el término "pala" sea representativo de cualquier dispositivo que proporciona fuerza reactiva cuando está en movimiento en relación con un fluido circundante. Como se usa en el presente documento, se pretende que el término "turbina eólica" sea representativo de cualquier dispositivo que genera energía de rotación a partir de energía eólica y, más específicamente, convierte la energía cinética del viento en energía mecánica. Como se usa en el presente documento, se pretende que el término "generador de turbina eólica" sea representativo de cualquier turbina eólica que genera potencia eléctrica a partir de potencia de rotación generada a partir de energía eólica y, más específicamente, convierte energía mecánica convertida a partir de energía cinética del viento en potencia eléctrica.

[0010] Diversos efectos técnicos de los procedimientos, sistemas y medios legibles por ordenador descritos en el presente documento pueden incluir al menos uno de: (a) monitorizar un parámetro de salida del sistema de generación y suministro de potencia que indica el ángulo de la fase de la red eléctrica frente al ángulo de la fase de salida del sistema; (b) generar, usando un controlador, una señal de consigna en base al menos parcialmente al parámetro de salida; y (c) controlar la operación del convertidor de potencia en base al menos parcialmente a la señal de consigna para alinear la fase de la salida del sistema con una red eléctrica.

[0011] Los procedimientos, sistemas y medios legibles por ordenador descritos en el presente documento pueden facilitar la alineación de la fase de salida de un sistema de generación y suministro de potencia a una red eléctrica durante la recuperación desde un evento de contingencia de red en una red que tiene una transmisión de CA débil que da como resultado un gran error de seguimiento de fase.

[0012] Como se describe en el presente documento, un sistema de sincronización para controlar la operación de un conjunto de conversión de potencia genera una señal de referencia de ángulo de convertidor de línea para facilitar la puesta en fase con la red eléctrica de la salida del conjunto de conversión de potencia. El sistema de sincronización incluye un bucle de enganche de fase (PLL) configurado para recibir una tensión entre bornes de CA desde una red eléctrica, generar una señal de ángulo de fase de PLL y generar una señal de error de PLL. La señal de ángulo de fase de PLL es una referencia para los controles dentro de los sistemas convertidores, que hacen el seguimiento de la fase de la red eléctrica. Específicamente, si se utilizara una función de monitorización para crear señales de onda sinusoidal a partir de esta señal de ángulo de fase de PLL, estas señales de onda sinusoidal se alinearían en fase con las señales de tensión de CA correspondientes existentes en la red eléctrica. La señal de error de fase de PLL es la diferencia entre la señal de ángulo de fase y la fase correspondiente asociada con las señales de tensión de CA existentes en la red.

[0013] El sistema de sincronización también incluye una lógica de desplazamiento de ángulo de línea configurada para recibir la señal de error de PLL y generar una señal de desplazamiento de PLL en base al menos parcialmente a la señal de error de PLL. Una unión sumadora está configurada para sumar la señal de ángulo de fase de PLL y la señal de desplazamiento de PLL para producir una señal de referencia de ángulo de convertidor de línea. Un controlador de interfaz de convertidor está configurado para generar señales de control de convertidor de línea en base a la señal de referencia de ángulo de convertidor de línea y transmitir las señales de control de convertidor de línea al convertidor de potencia. El control de la salida de convertidor de línea del convertidor de potencia como una función del error de PLL facilita la reducción de las oscilaciones del sistema que se pueden producir durante la recuperación desde un evento de contingencia de red. Además, la reducción de las oscilaciones del sistema estabiliza el sistema de generación de potencia y la red eléctrica. Aunque en el presente documento se describen en general con respecto a una turbina eólica, los procedimientos y sistemas descritos en el presente documento son aplicables a cualquier tipo de sistema de generación eléctrica, incluyendo, por ejemplo, sistemas de generación de potencia solar, pilas de combustible, generadores geotérmicos, generadores hidroeléctricos y/u otros dispositivos que generan potencia a partir de fuentes de energía renovables y/o no renovables.

[0014] La figura 1 es un diagrama de bloques de un sistema de generación de potencia 10 de ejemplo que incluye un generador de potencia 12. El generador de potencia 12 incluye una o más unidades de generación de potencia 14. Las unidades de generación de potencia 14 pueden incluir, por ejemplo, turbinas eólicas, celdas solares, pilas de combustible, generadores geotérmicos, generadores hidroeléctricos y/u otros dispositivos que generan potencia a partir de fuentes de energía renovables y/o no renovables. Aunque en el modo de realización de ejemplo se muestran tres unidades de generación de potencia 14, en otros modos de realización, el generador de potencia 12 puede incluir cualquier número adecuado de unidades de generación de potencia 14, incluyendo solo una unidad de generación de potencia 14.

[0015] En el modo de realización de ejemplo, el generador de potencia 12 está acoplado a un convertidor de potencia 16, que está configurado para convertir una potencia de corriente sustancialmente continua (CC) facilitada por el generador de potencia 12 en potencia de corriente alterna (CA). La potencia de CA se transmite a una red de distribución eléctrica 18, o "red". El convertidor de potencia 16, en el modo de realización de ejemplo, ajusta una amplitud de la tensión y/o la corriente de la potencia de CA convertida a una amplitud adecuada para la red de distribución eléctrica 18, y proporciona potencia de CA a una frecuencia y con una fase que son sustancialmente iguales a la frecuencia y la fase de la red de distribución eléctrica 18. Además, en el modo de realización de ejemplo, el convertidor de potencia 16 está configurado para proporcionar potencia de CA trifásica a la red de distribución eléctrica 18. De forma alternativa, el convertidor de potencia 16 puede proporcionar potencia de CA monofásica o potencia de CA de cualquier otro número de fases a la red de distribución eléctrica 18. Además, en algunos modos de realización, el sistema de generación de potencia 10 puede incluir más de un convertidor de potencia 16. Por ejemplo, en algunos modos de realización, cada unidad de generación de potencia 14 puede estar acoplada a un convertidor de potencia 16 separado.

[0016] En el modo de realización de ejemplo, las unidades de generación de potencia 14 incluyen una o más turbinas eólicas 20 (mostradas en la figura 2) acopladas para facilitar la operación del sistema de generación de potencia 10 a una salida de potencia deseada. Cada turbina eólica 20 está configurada para generar potencia en corriente sustancialmente continua. Las turbinas eólicas 20 están acopladas al convertidor de potencia 16, o al sistema de convertidor de potencia 16, que convierte la potencia de CC en potencia de CA que se transmite a una red de distribución eléctrica 18. Los procedimientos y sistemas se describirán en mayor detalle en el presente documento con referencia a un sistema de generación de potencia basado en turbinas eólicas de este tipo. Sin embargo, los procedimientos y sistemas descritos en el presente documento son aplicables a cualquier tipo de sistema de generación eléctrica.

[0017] En otros modos de realización, las unidades de generación de potencia 14 incluyen paneles solares (no mostrados) acoplados para formar uno o más paneles solares (no mostrados) para facilitar la operación del sistema de generación de potencia 10 a una salida de potencia deseada. Cada unidad de generación de potencia 14 puede ser un panel solar individual o un conjunto de paneles solares. En un modo de realización, el sistema de generación de potencia 14 incluye una pluralidad de paneles solares y/o conjuntos de paneles solares acoplados entre sí en una configuración en serie-paralelo para facilitar la generación de una salida de corriente y/o tensión deseada desde el sistema de generación de potencia 10. Los paneles solares incluyen, en un modo de realización, uno o más de un panel fotovoltaico, un colector solar térmico o cualquier otro dispositivo que convierte energía solar en energía eléctrica. Además, cada panel solar es un panel fotovoltaico que genera una energía de corriente sustancialmente continua como resultado de la incidencia de energía solar en los paneles solares. El conjunto de paneles solares está acoplado al convertidor de potencia 16 que convierte la potencia de CC en potencia de corriente alterna que se transmite a la red de distribución eléctrica 18.

[0018] La figura 2 es una vista en perspectiva de una turbina eólica 20 (por ejemplo, una turbina eólica de eje horizontal) que se puede usar en el sistema de generación de potencia 10. La figura 3 es una vista en perspectiva en corte parcial de una parte de la turbina eólica 20. La turbina eólica 20 descrita y mostrada en el presente documento es un generador de turbina eólica para generar potencia eléctrica a partir de potencia eólica. Además, la turbina eólica 20 descrita e ilustrada en el presente documento incluye una configuración de eje horizontal. Sin embargo, en algunos modos de realización, la turbina eólica 20 puede incluir, además o como alternativa a la configuración de eje horizontal, una configuración de eje vertical (no mostrada). La turbina eólica 20 puede estar acoplada a la red 18 (mostrada en la figura 1), para recibir desde la misma potencia eléctrica para accionar la operación de la turbina eólica 20 y/o de sus componentes asociados y/o para suministrar a la misma potencia eléctrica generada por la turbina eólica 20. Aunque solo se muestra una turbina eólica 20 en las figuras 2 y 3, en algunos modos de realización, se pueden agrupar entre sí una pluralidad de turbinas eólicas 20, que a veces se denomina "parque eólico".

[0019] La turbina eólica 20 incluye un cuerpo o una góndola 22 y un rotor (designado en general por 24) acoplado a la góndola 22 para su rotación con respecto a la góndola 22 alrededor de un eje de rotación 52. En el modo de realización de ejemplo, la góndola 22 está montada en una torre 28. Sin embargo, en algunos modos de realización, además o como alternativa a la góndola 22 montada en una torre, la góndola 22 puede estar situada contigua al suelo (no mostrado) y/o a una superficie de agua (no mostrada). La altura de la torre 28 puede ser cualquier altura adecuada que posibilite que la turbina eólica 20 funcione como se describe en el presente documento. El rotor 24 incluye un buje 30 y una pluralidad de palas 32 (denominadas a veces "perfiles aerodinámicos") que se extienden radialmente hacia fuera desde el buje 30 para convertir energía eólica en energía de rotación. Aunque en el presente documento se describe e ilustra un rotor 24 que tiene tres palas 32, el rotor 24 puede tener cualquier número de palas 32. Cada una de las palas 32 puede tener cualquier longitud que permita que la turbina eólica 20 funcione como se describe en el presente documento. Por ejemplo, en algunos modos de realización, una o más palas de rotor 32 son de aproximadamente medio metro de largo, mientras que en algunos modos de realización una o más palas de rotor 32 son de aproximadamente cincuenta metros de largo. Otros ejemplos de longitudes de pala incluyen diez metros o menos, aproximadamente veinte metros, aproximadamente treinta y siete metros y aproximadamente cuarenta metros. Aún otros ejemplos incluyen palas de rotor de entre aproximadamente cincuenta y aproximadamente cien metros de largo, y palas de rotor mayores de cien metros de largo.

[0020] Pese a cómo se ilustran las palas de rotor 32 en la figura 2, el rotor 24 puede tener palas 32 de cualquier forma y puede tener palas 32 de cualquier tipo y/o configuración, tanto si dicha forma, tipo y/o configuración están o no descritos y/o ilustrados en el presente documento. Un ejemplo de otro tipo, forma y/o configuración de palas 32 es una turbina eólica Darrieus, denominada a veces turbina "batidora de huevos". Aún otro ejemplo de otro tipo, forma y/o configuración de palas 32 es una turbina eólica Savonious. Además, la turbina eólica 20, en algunos modos de realización, puede ser una turbina eólica en la que el rotor 24 en general está orientado a barlovento para aprovechar la energía eólica, y/o puede ser una turbina eólica en la que el rotor 24 en general está orientado a sotavento para aprovechar la energía. Por supuesto, en cualquiera de los modos de realización, el rotor 24 puede no estar orientado exactamente a barlovento y/o a sotavento, sino que puede estar orientado en general con cualquier ángulo (que puede ser variable) con respecto a una dirección del viento para aprovechar la energía del mismo.

[0021] La turbina eólica 20 incluye un generador eléctrico 34 acoplado al rotor 24 para generar potencia eléctrica a partir de la energía de rotación generada por el rotor 24. El generador 34 puede ser cualquier tipo adecuado de generador eléctrico, tal como, pero sin limitarse a, un generador de inducción de rotor bobinado, un generador de inducción de doble alimentación (DFIG, también conocido como generador asíncrono de doble alimentación), un generador síncrono de imán permanente (PM), un generador síncrono excitado eléctricamente y un generador de reluctancia conmutada. El generador 34 incluye un estator (no mostrado) y un rotor (no mostrado) con un espacio de aire incluido entre los mismos. El rotor 24 incluye un eje de rotor 36 acoplado al buje de rotor 30 para su rotación con el mismo. El generador 34 está acoplado al eje de rotor 36 de modo que la rotación del eje de rotor 36 acciona la rotación del rotor de generador y, por lo tanto, la operación del generador 34. En el modo de realización de ejemplo, el generador 34 incluye un eje de generador 38 acoplado al mismo y acoplado al eje de rotor 36, de modo que la rotación del eje de rotor 36 acciona la rotación del rotor de generador. En otros modos de realización, el rotor de generador está directamente acoplado al eje de rotor 36, denominado a veces "turbina eólica de accionamiento directo". En el modo de realización de ejemplo, el eje de generador 38 está acoplado al eje de rotor 36 a través de una multiplicadora 40, aunque en otros modos de realización el eje de generador 38 está acoplado directamente al eje de rotor 36.

[0022] El par de torsión del rotor 24 acciona el rotor de generador para generar potencia eléctrica de CA de frecuencia variable a partir de la rotación del rotor 24. El generador 34 tiene un par de torsión en el espacio de aire entre el rotor de generador y el estator que se opone al par de torsión del rotor 24. Un conjunto de conversión de potencia 42 está acoplado al generador 34 para convertir la CA de frecuencia variable en una CA de frecuencia fija para su suministro a una carga eléctrica (no mostrada), tal como, pero sin limitarse a, una red eléctrica 18 (mostrada en la figura 1), acoplada al generador 34. El conjunto de conversión de potencia 42 puede incluir un único convertidor de frecuencia o una pluralidad de convertidores de frecuencia configurados para convertir la electricidad generada por el generador 34 en electricidad adecuada para su suministro a través de la red eléctrica. El conjunto de conversión de potencia 42 también se puede denominar en el presente documento convertidor de potencia. El conjunto de conversión de potencia 42 puede estar localizado en cualquier lugar dentro de o remoto con respecto a la turbina eólica 20. Por ejemplo, el conjunto de conversión de potencia 42 puede estar localizado dentro de una base (no mostrada) de la torre 28.

[0023] En el modo de realización de ejemplo, la turbina eólica 20 incluye al menos un controlador de sistema 44 acoplado a al menos un componente de la turbina eólica 20 para controlar en general la operación de la turbina eólica 20 y/o controlar la operación de los componentes de la misma. Por ejemplo, el controlador de sistema 44 puede estar configurado para controlar la operación del conjunto de conversión de potencia 42, un freno de disco 46, un sistema de orientación 48 y/o un sistema de pitch de pala variable 50. El freno de disco 46 frena la rotación del rotor 24, por ejemplo, para ralentizar la rotación del rotor 24, frenar el rotor 24 contra el par de torsión completo del viento y/o reducir la generación de potencia eléctrica por el generador eléctrico 34. El sistema de orientación 48 hace rotar la góndola 22 alrededor de un eje de rotación 52 para cambiar una orientación del rotor 24, y, más específicamente, para cambiar una dirección en la que el rotor está orientado 24, por ejemplo, para ajustar un ángulo entre la dirección en la que el rotor 24 está orientado y una dirección del viento.

[0024] Además, el sistema de pitch de pala variable 50 controla, incluyendo pero sin limitarse a cambiar, un ángulo de pitch de las palas 32 (mostrado en las figuras 2-3) con respecto a una dirección del viento. El sistema de pitch 50 puede estar acoplado al controlador de sistema 44 para controlarlo de este modo. El sistema de pitch 50 está acoplado al buje 30 y a las palas 32 para cambiar el ángulo de pitch de las palas 32 haciendo rotar las palas 32 con respecto al buje 30. El sistema de pitch 50 puede incluir cualquier estructura, configuración, disposición, medios y/o componentes adecuados, tanto si están descritos y/o mostrados o no en el presente documento, tales como, pero sin limitarse a, motores eléctricos, cilindros hidráulicos, resortes y/o servomecanismos. Además, el sistema de pitch 50 se puede accionar mediante cualquier medio adecuado, tanto si está descrito y/o mostrado o no en el presente documento, tal como, pero sin limitarse a, un fluido hidráulico, una potencia eléctrica, una potencia electroquímica y/o una potencia mecánica, tal como, pero sin limitarse a, una fuerza de resorte.

[0025] La figura 4 es un diagrama de bloques de la turbina eólica 20. En el modo de realización de ejemplo, la turbina eólica 20 incluye uno o más controladores de sistema 44 acoplados a al menos un componente de turbina eólica 20 para controlar en general la operación de la turbina eólica 20 y/o controlar la operación de los componentes de la misma, independientemente de si dichos componentes se describen y/o muestran en el presente documento. Por ejemplo, en el modo de realización de ejemplo, el controlador de sistema 44 está acoplado al sistema de pitch 50 para controlar en general el rotor 24. En el modo de realización de ejemplo, el controlador de sistema 44 está montado dentro de la góndola 22 (mostrada en la figura 3), sin embargo, de forma adicional o alternativa, uno o más controladores de sistema 44 pueden ser remotos con respecto a la góndola 22 y/u otros componentes de la turbina eólica 20. Los controladores de sistema 44 se pueden usar para la monitorización y el control del sistema global, incluyendo, sin limitación, la regulación del pitch y la velocidad, la aplicación del freno de eje de alta velocidad y de orientación, la aplicación del motor de orientación y de bomba y/o la monitorización de fallos. En algunos modos de realización, se pueden usar arquitecturas de control distribuidas o centralizadas alternativas.

[0026] En el modo de realización de ejemplo, la turbina eólica 20 incluye una pluralidad de sensores, por ejemplo, los sensores 54, 56 y 58. Los sensores 54, 56 y 58 están configurados para medir una variedad de parámetros que incluyen, sin limitación, condiciones de operación y condiciones atmosféricas. Cada sensor 54, 56 y 58 puede ser un sensor individual o puede incluir una pluralidad de sensores. Los sensores 54, 56 y 58 pueden ser cualquier sensor adecuado que tenga cualquier ubicación adecuada dentro de o remota con respecto a la turbina eólica 20 que permita que la turbina eólica 20 funcione como se describe en el presente documento. En algunos modos de realización, los sensores 54, 56 y 58 están acoplados al controlador de sistema 44 para transmitir mediciones al controlador de sistema 44 para el procesamiento de las mismas.

[0027] En algunos modos de realización, el controlador de sistema 44 incluye un colector 62 u otro dispositivo de comunicaciones para facilitar la comunicación. Uno o más procesadores 64 están acoplados al colector 62 para procesar información, incluyendo información de los sensores 54, 56, 58 y/u otro(s) sensor(es). El/los procesador(es) 64 puede(n) incluir al menos un ordenador (no mostrado). Como se usa en el presente documento, el término ordenador no se limita a circuitos integrados que en la técnica se denominan ordenadores, sino que se refiere en términos generales a un procesador, un microcontrolador, un microordenador, un controlador lógico programable (PLC), un circuito integrado específico de la aplicación y otros circuitos programables, y estos términos se usan de manera intercambiable en el presente documento.

[0028] El controlador de sistema 44 también puede incluir una o más memorias de acceso aleatorio (RAM) 66 y/u otro(s) dispositivo(s) de almacenamiento 68. La(s) RAM 66 y el/los dispositivo(s) de almacenamiento 68 están acoplados al colector 62 para almacenar y transferir información e instrucciones que el/los procesador(es) 64 va(n) a ejecutar. La(s) RAM 66 (y/o el/los dispositivo(s) de almacenamiento 68, si se incluye(n)) también se puede(n) usar para almacenar variables temporales u otra información intermedia durante la ejecución de las instrucciones por el/los procesador(es) 64. El controlador de sistema 44 también puede incluir una o más memorias de solo lectura (ROM) 70 y/u otros dispositivos de almacenamiento estático acoplados al colector 62 para almacenar y proporcionar información e instrucciones estáticas (es decir, que no cambian) al/a los procesador(es) 64. El/los procesador(es) 64 está(n) configurado(s) para procesar información transmitida desde una pluralidad de dispositivos eléctricos y electrónicos que pueden incluir, sin limitación, transductores de velocidad y potencia. Las instrucciones que se ejecutan incluyen, sin limitación, algoritmos de conversión y/o de comparación residentes. La ejecución de secuencias de instrucciones no se limita a ninguna combinación específica de circuitos de hardware e instrucciones de software.

[0029] El controlador de sistema 44 también puede incluir, o puede estar acoplado a, dispositivo(s) de entrada/salida 72. El/los dispositivo(s) de entrada/salida 72 pueden incluir cualquier dispositivo conocido en la técnica para proporcionar datos de entrada al controlador de sistema 44 y/o para proporcionar salidas, tales como, pero sin limitarse a, salidas de control de orientación y/o de control de pitch. Se pueden proporcionar instrucciones a la RAM 66 desde el dispositivo de almacenamiento 68 que incluye, por ejemplo, un disco magnético, un circuito integrado de memoria de solo lectura (ROM), un CD-ROM y/o un DVD, por medio de una conexión remota que es alámbrica o inalámbrica que proporciona acceso a uno o más medios accesibles electrónicamente. En algunos modos de realización, se pueden usar circuitos cableados en lugar de o en combinación con instrucciones de software. Por tanto, la ejecución de secuencias de instrucciones no se limita a ninguna combinación específica de circuitos de hardware e instrucciones de software, tanto si está descrita y/o mostrada o no en el presente documento. Asimismo, en el modo de realización de ejemplo, el/los dispositivo(s) de entrada/salida 72 puede(n) incluir, sin limitación, periféricos de ordenador asociados con una interfaz de operario (no mostrada), tal como un ratón y un teclado. De forma alternativa, también se pueden usar otros periféricos de ordenador que pueden incluir, por ejemplo, un escáner (no mostrado). Además, en el modo de realización de ejemplo, los canales de salida adicionales pueden incluir, por ejemplo, un monitor de interfaz de operario (no mostrado en la figura 4). El controlador de sistema 44 también puede incluir una interfaz de sensor 74 que permite que el controlador de sistema 44 se comunique con los sensores 54, 56, 58 y/u otro(s) sensor(es). La interfaz de sensor 74 puede incluir uno o más convertidores analógico-digital (no mostrados) que convierten señales analógicas en señales digitales que el/los procesador(es) 64 puede(n) usar.

[0030] En el modo de realización de ejemplo, la turbina eólica 20 incluye un regulador de bucle de enganche de fase (PLL) 80 acoplado al sensor 56. En el modo de realización de ejemplo, el sensor 56 es un transductor de tensión configurado para medir una tensión entre bornes de red facilitada por el conjunto de conversión de potencia 42. De forma alternativa, el regulador de PLL 80 está configurado para recibir una pluralidad de señales de medición de tensión desde una pluralidad de transductores de tensión. En un ejemplo de generador trifásico, cada uno de los tres transductores de tensión está acoplado eléctricamente a cada una de las tres fases de un colector de red. El regulador de PLL 80 puede estar configurado para recibir cualquier número de señales de medición de tensión desde cualquier número de transductores de tensión que permitan que el regulador de PLL 80 funcione como se describe en el presente documento.

[0031] La figura 5 es un diagrama de bloques del sistema generador de potencia 10 que tiene un generador de potencia, específicamente un sistema de generación de turbina eólica que emplea la turbina eólica 20 (mostrada en la figura 2). En el modo de realización de ejemplo, el generador 36 incluye un rotor 25 y un estator 27. La electricidad generada en el rotor 25 es asíncrona con la red 136 (mostrada en la figura 6), en la medida en que la velocidad del eje de rotor 36 (mostrado en la figura 7) está controlada al menos parcialmente por la velocidad del viento. Para sincronizar la tensión y la corriente del rotor con la red 136, se emplea un conjunto de conversión de potencia 42 que tiene un convertidor de línea consecutivo back to back 82 y un controlador de activación de convertidor de rotor 84 conectados mediante un enlace de CC 78. El sistema 10 tiene una pluralidad de sistemas de protección diseñados para reaccionar directamente a eventos de la red (por ejemplo, sobretensión y subtensión), por ejemplo, disparando el disyuntor 60. El controlador de activación de convertidor de rotor 84 incluye adicionalmente una función de "crowbar", de acuerdo con un modo de realización, que está configurada para cortocircuitar el circuito del rotor y aislar el enlace de CC 78 en caso de fallo grave localizado cerca del sistema 10.

[0032] La figura 6 es un diagrama de bloques de un sistema de generación y suministro de potencia 150 de ejemplo. El sistema de generación y suministro de potencia 150 se puede usar con, o incluir dentro de, la turbina eólica 20 (mostrada en las figuras 2 y 3). El sistema 150 incluye una fuente de energía, por ejemplo, el generador 34. Aunque en el presente documento se describe como un generador de turbina eólica 34, la fuente de energía puede incluir cualquier tipo de generador eléctrico que permita que el sistema 150 funcione como se describe en el presente documento (por ejemplo, un sistema de generación de potencia solar). El sistema 150 también incluye un convertidor de potencia, tal como el conjunto de conversión de potencia 42. El conjunto de conversión de potencia 42 recibe potencia eléctrica (Pv) 132 generada por el generador 34 y convierte la potencia eléctrica 132 en una potencia eléctrica (Pt) 134 (denominada en el presente documento potencia entre bornes 134) adecuada para su transmisión a través de una red de transmisión y distribución de potencia eléctrica 136 (en el presente documento denominada red eléctrica 136). Una tensión entre bornes (Vt) 138 se define en un nodo 29 entre el conjunto de conversión de potencia 42 y una red eléctrica 136. Un sistema de generación y transmisión 140 está acoplado a la red eléctrica 136. El sistema de generación y transmisión 140 incluye una pluralidad de cargas y/o fuentes de energía. El controlador de interfaz de convertidor 156 incluye el controlador de activación de convertidor de línea 82 y el controlador de activación de convertidor de rotor 84. El controlador de interfaz de convertidor 156 está configurado para interactuar con el conjunto de conversión de potencia 42 para retransmitir señales de control tales como la señal de control de convertidor de línea 216 para controlar la fase de la tensión de línea (por ejemplo, la tensión entre bornes) y la señal de control de convertidor de corriente y rotor 218 para controlar la fase de la tensión y la corriente del rotor.

[0033] Un evento de contingencia de red (es decir, un evento de red), puede dejar la red eléctrica 136 en un modo degradado donde la impedancia de red es alta. Un ejemplo de evento de red incluye un fallo de cortocircuito en una de las líneas de transmisión (no mostradas) dentro de la red eléctrica 136. Las acciones de protección de transmisión eléctrica eliminan la parte afectada por el fallo de la red eléctrica 136 para permitir la operación de la parte no afectada por el fallo restante de la red eléctrica 136. Queda una trayectoria de transmisión que tiene degradada su capacidad de transmitir potencia desde el sistema 150 al sistema de generación y transmisión 140. Dichos eventos de red causan un breve periodo de baja tensión en la red eléctrica 136 antes de eliminar el fallo de la parte afectada por el fallo de la red eléctrica 136. Por lo general, la tensión entre bornes 138 se degradará significativamente en el momento del evento de red, lo que potencialmente podría dar como resultado una señal de error de PLL alta 190.

[0034] Otro ejemplo de evento de red incluye una condición de red débil. El control de fase del sistema de generación de potencia 150 está basado en el concepto de que las formas de onda de tensión de red medidas tienen una frecuencia y una magnitud fijas y que la inyección de potencia desde el sistema de generación de potencia 150 a la red 136 es tal que no afecta a la fase de las formas de onda de tensión de red medidas. El sistema de generación de potencia 150 está configurado para inyectar potencia en la red 136 de modo que la potencia está en fase con las formas de onda de tensión fundamentales medidas. En lugares remotos con respecto a las fuentes de generación de potencia, la intensidad de las formas de onda de tensión de red se reduce. En estas situaciones, la salida de los sistemas de generación de potencia 10 tiene un impacto significativo en la tensión y la frecuencia de red que el sistema de generación de potencia 150 mide. El controlador de activación de convertidor de línea 82 está configurado para realizar un seguimiento de fase usando una medida del error de fase de PLL (denominada señal de error de PLL 190) y la tensión del generador medida (denominada tensión entre bornes de CA) para sumar la señal de desplazamiento de PLL 210 a la señal de ángulo de fase de PLL 208 usada por el controlador de activación de convertidor de línea 82 para alinear su salida con la fase de red eléctrica 136. El seguimiento de fase mantiene la tensión de CC dentro del intervalo de operación permitido cuando los transitorios de red hacen que el regulador de PLL 80 produzca un error de fase de gran dimensión. Dichos errores de fase de gran dimensión se observan en particular en fallos remotos (por ejemplo, eventos de red) en una red que tiene una transmisión de CA débil.

[0035] La figura 7 es un diagrama de bloques esquemático del convertidor de potencia 42. El convertidor de potencia 42 incluye un sistema de sincronización 182 para sincronizar la salida del controlador de activación de convertidor de línea 82 con la fase de red eléctrica 136. Las señales de entrada se originan en los sensores 54, 56, 58 (mostrados en la figura 4) dentro de, por ejemplo, el generador de potencia 12.

[0036] La figura 8 es un diagrama de bloques esquemático del sistema de sincronización 182 del convertidor de potencia 42 (mostrado en la figura 7). En el modo de realización de ejemplo, el sistema de sincronización 182 incluye lógica de desplazamiento de ángulo de línea 172 que está configurada para facilitar la comparación de la señal de error de PLL 190 con un umbral y emitir una señal analógica, tal como la señal de desplazamiento de PLL 210, en base a esa comparación. Por ejemplo, cuando el error está entre el límite superior de un umbral y el límite inferior de un umbral, la señal de desplazamiento de PLL 210 se establece en cero. Al establecer la señal de desplazamiento de PLL 210 en cero, no se aplica ningún desplazamiento de fase adicional a la señal de ángulo de fase de PLL 208 usada por el controlador de activación de convertidor de línea 82 (mostrado en la figura 7) para alinear la salida de sistema 150 con la fase de la red 136. Cuando la señal de error de PLL 190 está fuera de los límites definidos por el umbral, la señal de desplazamiento de PLL 210 se establece en una función de la señal de error de PLL 190 para facilitar el desplazamiento de la señal de ángulo de fase de PLL 208 usada por el controlador de activación de convertidor de línea 82 (mostrado en la figura 7) para alinear su salida con la fase de la red 136.

[0037] El regulador de PLL 80 está configurado para recibir una tensión entre bornes 138 y generar una señal de error de PLL 190, representativa de una diferencia entre un ángulo de fase del sistema de generación de potencia 150 y un ángulo de fase de la red 136 (mostrado en la figura 6), que es recibida por la lógica de desplazamiento de ángulo de línea 172 (por ejemplo, un controlador de desplazamiento de ángulo de línea, un circuito lógico de desplazamiento de ángulo de línea). La lógica de desplazamiento de ángulo de línea 172 está configurada para recibir una tensión entre bornes 138 y comparar la señal de error de PLL 190 con una fase de umbral. En algunas aplicaciones, la fase de umbral puede ser una función de la magnitud de la tensión entre bornes medida.

[0038] En el modo de realización de ejemplo, cuando la lógica de desplazamiento de ángulo de línea 172 compara la señal de error de PLL 190 con el umbral de 10 grados más o menos (por ejemplo, el umbral inferior es un valor igual a 10 grados por debajo de la fase de la red eléctrica 136 y el umbral superior es un valor igual a 10 grados por encima de la fase de la red eléctrica 136), el ángulo de fase determinado por la tensión entre bornes 138, el resultado se usa para establecer el valor de la señal de desplazamiento de PLL 210 en cero o en una función de la señal de error de PLL 190. Si la señal de error de PLL 190 está entre el límite superior del umbral y el límite inferior del umbral, entonces la señal de desplazamiento de PLL 210 se establece en cero y no se aplica ninguna compensación adicional por la señal de ángulo de fase de PLL 208 a la señal de referencia de ángulo de convertidor de línea 212. Si la señal de error de PLL 190 está fuera de los límites del umbral, la señal de desplazamiento de PLL 210 se establece en alguna función de la señal de error de PLL 190. De forma alternativa, una función para un sistema de generación de potencia en particular 150 depende de elementos tales como histéresis, filtrado, ganancias, compensaciones y otras características para ajustar la señal de ángulo de fase de PLL 208 (mostrada en la figura 6) para facilitar la corrección de la señal de referencia de ángulo de convertidor de línea 212 por un evento de red. De acuerdo con un modo de realización de ejemplo como se muestra implementado en las figuras 9 a 18, la función es una función de banda muerta con histéresis.

[0039] En el modo de realización de ejemplo, la lógica de desplazamiento de ángulo de línea 172 está configurada para recibir la señal de error de PLL 190, recibir la tensión entre bornes 138 y generar la señal de desplazamiento de PLL 210 en base al menos parcialmente a la señal de error de PLL 190 y a la tensión entre bornes 138. La señal de desplazamiento de PLL 210 está configurada para alinear una salida de un sistema de generación y distribución eléctrica (es decir, el sistema de generación de potencia 10) con una fase de la red eléctrica 136. La lógica de desplazamiento de ángulo de línea 172 está configurada para comparar la señal de error de PLL 190 con un umbral predefinido. La señal de desplazamiento de PLL 120 (mostrada en la figura 6) se mantiene en un valor de cero cuando la señal de error de PLL 190 está dentro de los límites definidos por el umbral. La señal de desplazamiento de PLL 210 se establece en una función de la señal de error de PLL 190 cuando la señal de error de PLL 190 está fuera de los límites definidos por el umbral. En el modo de realización de ejemplo, los valores de umbral son de aproximadamente más o menos diez grados de la fase de la red eléctrica 136 (mostrada en la figura 6). De forma alternativa, los valores de umbral pueden ser de aproximadamente más o menos 20 grados de la fase de la red eléctrica 136.

[0040] El sistema de sincronización 182 está configurado para recibir la tensión entre bornes 138 desde la red eléctrica 136, generar la señal de ángulo de fase de PLL 208 y generar la señal de error de PLL 190. La lógica de desplazamiento de ángulo de línea 172 está configurada para recibir la señal de error de PLL 190 y generar la señal de desplazamiento de PLL 210 en base al menos parcialmente a la señal de error de PLL 190. La unión sumadora 170 está configurada para sumar la señal de ángulo de fase de PLL 208 y la señal de desplazamiento de PLL 210 para generar la señal de referencia de ángulo de convertidor de línea 212. El controlador de interfaz de convertidor 156 (mostrado en la figura 6) está configurado para generar señales de control de convertidor de línea 216 (mostradas en la figura 6) en base al menos a la señal de referencia de ángulo de convertidor de línea 212 y transmitir las señales de control de convertidor de línea 216 al conjunto de conversión de potencia 42. Además, la lógica de desplazamiento de ángulo de línea 172 está configurada para comparar la señal de error de PLL 190 con un umbral.

[0041] En el modo de realización de ejemplo, las señales de control de convertidor de línea 216 están configuradas para poner la salida del conjunto de conversión de potencia 42 en fase con la red eléctrica 136. La lógica de desplazamiento de ángulo de línea está configurada para recibir la tensión entre bornes 138 y generar la señal de desplazamiento de PLL 210 en base al menos parcialmente a la tensión entre bornes 138. La señal de referencia de ángulo de convertidor de línea 212 está configurada para mantener la fase de salida del sistema 150 cuando la señal de error de PLL 190 está dentro del umbral predefinido. La señal de referencia de ángulo de convertidor de línea 212 está configurada para cambiar la fase de salida del sistema 150 de una primera fase a una segunda fase que coincide con la fase de la red eléctrica 136 cuando la señal de error de PLL 190 se halla fuera del umbral predefinido. Además, la señal de referencia de ángulo de convertidor de línea 212. cuando se proporciona al controlador de interfaz de convertidor 156 (mostrado en la figura 6), está configurada para controlar la operación del conjunto de conversión de potencia 42 (mostrado en la figura 6) del sistema 150, reduciendo la diferencia de fase entre la salida del sistema 150 y la fase de la red eléctrica 136.

[0042] En el modo de realización de ejemplo, el sensor de posición de ángulo de rotor 54 (mostrado en la figura 4), que está localizado en el eje de generador 38, está configurado para producir una señal de posición de ángulo de rotor 55. La unión sumadora 168 está configurada para restar la señal de posición de ángulo de rotor 55 de la señal de ángulo de fase de PLL 208 para producir la señal de referencia de ángulo de convertidor de rotor 214. El controlador de interfaz de convertidor 156 está configurado para generar señales de control de convertidor de rotor 218 en base a la señal de referencia de ángulo de convertidor de rotor 214 y transmitir las señales de control de convertidor de rotor 218 (mostradas en la figura 6) al conjunto de conversión de potencia 42. Las señales de control de convertidor de rotor 218 están configuradas para facilitar la sincronización de la salida del conjunto de conversión de potencia 42 en fase con la red eléctrica 136.

[0043] Las figuras 9 a 18 son vistas gráficas que ilustran la operación de un sistema de generación y suministro de potencia 150 después de un evento de contingencia de red. Más específicamente, las figuras 9, 11, 13, 15 y 17 ilustran la operación de un sistema de generación y suministro de potencia 150 que no incluye un sistema de sincronización, por ejemplo, el sistema de sincronización 182 (mostrado en la figura 6). Además, las figuras 10, 12, 14, 16 y 18 ilustran la operación de un sistema de generación y suministro de potencia 150 (mostrado en la figura 6), que incluye un sistema de sincronización 182. Las mediciones de ejemplo ilustradas en las figuras 9 a 18 se han obtenido a través de experimentación y/o cálculo y se incluyen para ilustrar el efecto de la operación del sistema de sincronización 182 en el sistema de generación y suministro de potencia 150.

[0044] Las figuras 9 y 10 son vistas gráficas de la tensión entre bornes 138 (mostrada en las figuras 6 y 7) por unidad frente al tiempo. En el ejemplo, la oscilación de la tensión entre bornes 138 es un ejemplo de oscilación de sistema que se produce, por ejemplo, mientras el sistema 150 se está recuperando de un evento de contingencia de red. Debido a que las tres fases de CA de la tensión entre bornes 138 están desfasadas, la magnitud de las tres fases de CA combinadas es errática entre aproximadamente 0,55 y 0,63 segundos, lo que ilustra la inestabilidad combinada de la salida del generador y la tensión de la red eléctrica 136.

[0045] La figura 9 ilustra una oscilación de sistema (por ejemplo, oscilaciones de la tensión entre bornes 138) que se incrementa con el tiempo, hasta que la tensión de CC 142 (mostrada en la figura 13) hace que el disyuntor 60 (mostrado en la figura 5) se dispare, poniendo el sistema de generación de potencia 150 fuera de línea. La magnitud de la tensión entre bornes 138 después del evento de disparo muestra la oscilación en régimen permanente de la tensión de la red eléctrica 136.

[0046] La figura 10 ilustra la reducción de la tensión entre bornes 138 causada por la operación del sistema de sincronización 182, que está configurado para reducir inicialmente la magnitud global de la tensión entre bornes 138 al inicio del evento de contingencia de red (por ejemplo, al cabo de aproximadamente 0,55 segundos) antes de permitir que la magnitud vuelva a su nivel de operación normal. Más específicamente, la figura 10 ilustra cómo la aplicación de la lógica de desplazamiento de ángulo de línea 172 (mostrada en la figura 6) a la operación del controlador de disparo de convertidor de línea 82 (mostrado en la figura 5) controla la tensión entre bornes 138. El eje vertical de las figuras 9 y 10 representa las unidades de tensión que el sistema de generación de potencia 150 determina. Por ejemplo, si el sistema de generación de potencia 150 facilita una tensión de 690 voltios como tensión entre bornes 138, entonces una unidad en el eje vertical correspondería a 690 voltios. En consecuencia, las fracciones de esa unidad corresponden a fracciones de 690 voltios.

[0047] Las figuras 11 y 12 son vistas gráficas de la salida de potencia eléctrica 134 por unidad frente al tiempo. Inicialmente, se muestra que la potencia eléctrica 134 en régimen permanente es de 1 unidad (mostrada en la figura 11), lo que se corresponde con la salida diseñada de potencia eléctrica 134 del sistema de generación de potencia 150 en régimen permanente. Por ejemplo, un sistema de generación de potencia 150 de 1,5 megavatios produciría 1,5 megavatios de energía eléctrica 134 en 1 unidad. En el momento del evento de contingencia de red, por ejemplo a los 0,55 segundos aproximadamente, se muestra que la potencia 134 oscila de forma errática hasta que el disyuntor 60 (mostrado en la figura 5) se dispara a los 0,63 segundos aproximadamente, eliminando la salida de potencia eléctrica 134 del sistema 150. En comparación, la figura 12 ilustra una caída inicial en la salida de potencia eléctrica 134 cuando la lógica de desplazamiento de ángulo de línea 172 (mostrada en la figura 6) está configurada para corregir la condición de desfase causada por el evento de contingencia de red. Como la lógica de desplazamiento de ángulo de línea 172 suma la señal de desplazamiento de PLL 210 a la señal de ángulo de fase de PLL 208, la señal de referencia de ángulo de convertidor de línea 212 hace que el controlador de activación de convertidor de línea 82 alinee la fase de la salida de potencia eléctrica 134 con la fase de la red eléctrica 136 para facilitar el incremento de la salida de energía eléctrica del sistema de generación de potencia 150 hasta que haya recuperado sustancialmente el nivel previo al evento de contingencia de red en aproximadamente 1 segundo.

[0048] Las figuras 13 y 14 son vistas gráficas de tensión de CC 142 por el enlace de CC 78 (mostrado en la figura 5) en voltios frente al tiempo. La figura 13 ilustra que la tensión de CC 142 comienza a oscilar al comienzo del evento de contingencia y finalmente sobrepasa un umbral predeterminado que hace que se dispare el disyuntor 60. La figura 14 ilustra que la tensión de CC 142 oscila a medida que la lógica de desplazamiento de ángulo de línea 172 (mostrada en la figura 8) controla la salida del controlador de activación de convertidor de línea 82 (mostrado en la figura 5) para que sea posible impedir que la tensión de CC 142 sobrepase la tensión de disparo, permitiendo de ese modo que se estabilice la tensión de CC 142 y que el sistema de generación de potencia 150 continúe en operación.

[0049] Las figuras 15 y 16 son vistas gráficas de la señal de error de PLL 190 en radianes frente al tiempo. Como se ha descrito anteriormente, después del evento de contingencia de red, las oscilaciones del sistema que surgen de la operación del sistema de generación de potencia 150 durante un evento de contingencia se representan mediante la señal de error de PLL 190 (mostrada en la figura 8). El error de fase entre el sistema 150 y la red eléctrica 136 llega a ser demasiado alto a aproximadamente 0,63 segundos, haciendo que la tensión de CC 142 (mostrada en la figura 13) sobrepase un umbral predeterminado, y haciendo que el disyuntor 60 (mostrado en la figura 5) se dispare, desactivándose así la salida de energía del sistema 150. La figura 16 ilustra la reducción en la magnitud de las oscilaciones del sistema, como se muestra mediante la reducción en la magnitud global de las oscilaciones de la señal de error de PLL.

[0050] Las figuras 17 y 18 son vistas gráficas de la señal de desplazamiento de PLL 210 en radianes frente al tiempo. La figura 18 ilustra que sin sincronización, no se proporciona ninguna señal de desplazamiento de PLL 210 al control de activación de ángulo de línea 82 (mostrado en la figura 7). Por lo tanto, la suma 170 (mostrada en la figura 8) de la señal de ángulo de fase de PLL 208 y la señal de desplazamiento de PLL 210 es igual a la señal de ángulo de fase de PLL 208 que está configurada para hacer que la tensión de CC 142 sobrepase un valor predeterminado. La figura 18 ilustra que la adición de la señal de desplazamiento de PLL 210 a la suma 170 de la señal de ángulo de fase de PLL 208 y la señal de desplazamiento de PLL 210 da como resultado una señal de error de PLL 190 de magnitud reducida, que no lleva la tensión de CC 142 al nivel necesario para disparar el disyuntor 60 (mostrado en la figura 5), para facilitar la operación ininterrumpido del sistema de generación de potencia 150.

[0051] La figura 19 ilustra un diagrama de flujo de un procedimiento de ejemplo 1900 para controlar la fase de la salida de un sistema de generación y suministro de potencia, por ejemplo, el sistema de generación de potencia 150 (mostrado en la figura 6) conectado a una red eléctrica, tal como la red eléctrica 136 (mostrada en la figura 6). El sistema de generación y suministro de potencia puede incluir un generador eléctrico, por ejemplo, un generador 34 (mostrado en la figura 5), un convertidor de potencia, por ejemplo, un conjunto de conversión de potencia 42 (mostrado en la figura 6) y un controlador, por ejemplo, un controlador de interfaz de convertidor 156 (mostrado en la figura 6). El procedimiento 1900 incluye monitorizar 1902 un parámetro de salida del sistema de generación y suministro de potencia que indica el ángulo de la fase de la red eléctrica frente al ángulo de la fase de salida del sistema. El procedimiento 1900 incluye generar 1904, usando el controlador, una señal de consigna en base al menos parcialmente al parámetro de salida. Además, el procedimiento 1900 incluye controlar 1906 la operación del convertidor de potencia en base al menos parcialmente a la señal de consigna para alinear la fase de la salida del sistema con la red eléctrica. En el modo de realización de ejemplo, monitorizar el parámetro de salida incluye recibir, en el controlador, una señal de error de PLL, por ejemplo, la señal de error de PLL 190 (mostrada en la figura 8). Además, generar una señal de consigna, por ejemplo, la señal de referencia de ángulo de convertidor de línea 212 (mostrada en la figura 8) incluye comparar la señal de error de PLL con un umbral y generar una señal de desplazamiento de PLL, por ejemplo, la señal de desplazamiento de PLL 210 (mostrada en la figura 8) en base al menos parcialmente a la señal de error de PLL.

[0052] Diversos de los modos de realización descritos en el presente documento pueden facilitar una operación eficaz y rentable de una turbina eólica. La turbina eólica puede incluir un sistema de sincronización que genera una señal de desplazamiento de PLL en base al menos parcialmente a un error de PLL medido. La señal de desplazamiento de PLL está configurada para alinear una salida de un sistema de generación y distribución eléctrica con una fase de una red eléctrica. El procedimiento y los sistemas descritos en el presente documento facilitan el incremento de la estabilidad de la salida de tensión y/o de potencia de la turbina eólica después de un evento de contingencia de red en una red de transmisión de CA débil.

[0053] Los modos de realización de ejemplo de una turbina eólica, un sistema de sincronización y unos procedimientos para operar una turbina eólica como respuesta a la presencia de un evento de contingencia de red se describen anteriormente en detalle. Los procedimientos, la turbina eólica y el sistema de sincronización no se limitan a los modos de realización específicos descritos en el presente documento, sino más bien a los componentes de la turbina eólica, los componentes del sistema de sincronización, y/o las etapas de los procedimientos se pueden utilizar independiente y separadamente de otros componentes y/o etapas descritos en el presente documento. Por ejemplo, el sistema y los procedimientos de sincronización también se pueden usar en combinación con otros sistemas y procedimientos de potencia de turbina eólica, y no se limitan a su puesta en práctica solo con el sistema de potencia como se describe en el presente documento. En su lugar, el modo de realización de ejemplo se puede implementar y utilizar en relación con muchas otras aplicaciones de sistema de potencia o de turbina eólica.

[0054] Aunque se pueden mostrar características específicas de diversos modos de realización de la invención en algunos dibujos y no en otros, esto se hace solo por conveniencia. De acuerdo con los principios de la invención, se puede hacer referencia a y/o reivindicar cualquier característica de un dibujo en combinación con cualquier característica de cualquier otro dibujo.

[0055] En esta descripción escrita se usan ejemplos para divulgar la invención, incluyendo el modo preferente, y también para permitir que cualquier experto en la técnica lleve a la práctica la invención, incluyendo la fabricación y el uso de cualquier dispositivo o sistema y la realización de cualquier procedimiento incorporado. El alcance patentable de la invención está definido por las reivindicaciones y puede incluir otros ejemplos concebidos por los expertos en la técnica. Dichos otros ejemplos pretenden estar dentro del alcance de las reivindicaciones si tienen elementos estructurales que no difieren del lenguaje literal de las reivindicaciones, o si incluyen elementos estructurales equivalentes con diferencias insustanciales con respecto al lenguaje literal de las reivindicaciones.

Claims (1)

1. REIVINDICACIONES

   Un sistema de sincronización (182) para controlar una operación de un conjunto de conversión de potencia (42) de un sistema de generación de potencia (150) que comprende un generador de potencia (34) que comprende un rotor (50), un sensor de posición de ángulo de rotor (54) configurado para producir una señal de posición de ángulo de rotor (55), y un estator (27) acoplado a una red eléctrica (136), comprendiendo el conjunto de conversión de potencia (42) un convertidor de línea CC-CA (82) acoplado a la red eléctrica (136) y el estator (27), un convertidor de rotor CA-CC (84) acoplado al rotor (30), y un enlace de CC (78) que conecta el convertidor de línea (82) y el convertidor de rotor (84), comprendiendo dicho sistema de sincronización (182):

   un bucle de enganche de fase (PLL) (80) configurado para:

   recibir una tensión entre bornes (138) desde un nodo (29) entre el conjunto de conversión de potencia (42) y una red eléctrica (136);

   generar una señal de ángulo de fase de PLL (208); y

   generar una señal de error de PLL (190) representativa de una diferencia entre un ángulo de fase del sistema de generación de potencia (150) y un ángulo de fase de la red eléctrica (136);

   un circuito lógico de desplazamiento de ángulo de línea (172) configurado para:

   recibir la señal de error de PLL (190);

   comparar la señal de error de PLL (190) con un umbral superior predefinido y un umbral inferior predefinido; y

   generar una señal de desplazamiento de PLL (210) en base al menos parcialmente a la señal de error de PLL, el umbral superior y el umbral inferior;

   una primera unión sumadora (168) configurada para restar la señal de posición de ángulo de rotor (55) de la señal de ángulo de fase de PLL (208) para producir una señal de referencia de ángulo de convertidor de rotor (214);

   una segunda unión sumadora (170) configurada para sumar la señal de ángulo de fase de PLL (208) y la señal de desplazamiento de PLL (210) para producir una señal de referencia de ángulo de convertidor de línea (212); y

   un controlador (156) configurado para generar una pluralidad de señales de control de convertidor de línea (216) en base a la señal de referencia de ángulo de convertidor de línea (212) y transmitir las señales de control de convertidor de línea al conjunto de conversión de potencia (42), y configurado para generar señales de control de convertidor de rotor (218) en base a la señal de referencia de ángulo de convertidor de rotor (214) y transmitir las señales de control de convertidor de rotor (218) al conjunto de conversión de potencia (42).

   Un sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dichas señales de control de convertidor de línea (216) están configuradas para alinear una salida de sistema de generación de potencia (150) con una fase de la red eléctrica (136), y dichas señales de control de convertidor de rotor (218) están configuradas para facilitar una sincronización de la salida del conjunto de conversión de potencia (42) en fase con la red eléctrica (136).

   Un sistema de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que dicho circuito lógico de desplazamiento de ángulo de línea (172) está configurado para generar al menos una de la señal de desplazamiento de PLL (210) igual a cero cuando la señal de error de PLL (190) está definida dentro del umbral superior y del umbral inferior.

   Un sistema de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que dicho circuito lógico de desplazamiento de ángulo de línea (172) está configurado para generar al menos una de la señal de desplazamiento de PLL (210) igual a una función de la señal de error de PLL (190) cuando la señal de error de PLL está definida fuera del umbral superior y del umbral inferior.

   Un sistema de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que el generador de potencia (34) incluye un generador hidroeléctrico y/o un generador de turbina eólica.