ES2913122T3 - Método de control del suministro de potencia activa de un parque eólico, y dicho parque eólico - Google Patents

Método de control del suministro de potencia activa de un parque eólico, y dicho parque eólico Download PDF

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Abstract

Metodo para controlar la producción de potencia activa en un parque eólico (F(P,t)) con al menos dos aerogeneradores que suministran potencia activa, en el que un valor de consigna para la potencia activa (SPP(t)) del parque eólico se aplica a un modelo de parque eólico ( ) que determina un valor de consigna de potencia activa modelado ( (t)), que junto con un valor real de la potencia activa (P(t)) forma una desviación de control (e(t)) para un regulador de potencia (R), cuya variable de ajuste de regulador (uR) sse proporciona adicionalmente con una variable de ajuste de control anticipativo (uV) determinada independientemente de los estados del parque eólico (F(P,t)) y de sus valores reales y forma una variable de ajuste total (u) para el parque eólico (F(P,t)), caracterizado por que el modelo de parque eólico ( ) es un modelo del sistema controlado (F(P,t)) formado por el parque eólico y un valor de corrección (K) para la determinación del valor de consigna de potencia activa modelado ( (t)) en función de una diferencia entre el valor real de la potencia activa (P(t)) y el valor de consigna de potencia activa modelado ( (t)), se genera mediante un módulo de corrección (O) y se aplica al modelo de parque eólico ( F), siendo generado el valor de corrección (K) por el módulo de correción (O) de tal modo que se minimiza una desviación entre el valor de consigna de potencia activa modelado ( (t)) y el valor real de la potencia activa (P(t)).

Description

DESCRIPCIÓN
Método de control del suministro de potencia activa de un parque eólico, y dicho parque eólico
La presente invención se refiere a un método de control del suministro de potencia activa de un parque eólico, así como a un parque eólico formado por al menos dos aerogeneradores.
A medida que aumenta el uso de los aerogeneradores, ya sea en tierra o en el mar, aumenta su importancia para la red de distribución de energía eléctrica. Con respecto al suministro de potencia activa, esto conduce a que deben respetarse con la máxima exactitud posible los valores de consigna predeterminados para la potencia activa suministrada en el punto de conexión a la red. Esto se refiere tanto al estado estacionario, en el que, siempre que haya suficiente viento, se suministra una cantidad constante de potencia activa, como también al comportamiento dinámico, en el que un valor de consigna para la potencia activa a suministrar cambia a lo largo del tiempo.
Por el documento DE 10 2014 000 790 A1 se ha dado a conocer una regulación de parque eólico con un comportamiento de valores de consigna mejorado. El parque eólico presenta unmaestro de parque con un regulador de potencia para la regulación de los aerogeneradores que se encuentran en el parque eólico. Un valor de consigna para la potencia suministrada del parque eólico está presente en el maestro de parque y se emite como señal de valorde consigna para la potencia suministrada de los aerogeneradores. Los valores de consigna para los aerogeneradores se corrigen en caso de un cambio de la señal de valorde consigna para el parque eólico, aplicándose el valor de consigna corregido al regulador de potencia. Con un predictor se calcula el valor de consigna para el aerogenerador, teniéndose en este caso en cuenta los diferentes estados de funcionamiento de los aerogeneradores y la potencia producida de manera diferente..
Por el documento DE 102014 000 784 A1 se ha dado a conocer un parque eólico con un control anticipativo en el regulador de potencia. El parque eólico tiene un maestro de parque que está configurado para el control de los aerogeneradores, comprendiendo el maestro de parque un regulador de potencia. El regulador de potencia tiene un módulo de control anticipativo que aplica una medida para la potencia de consigna a la salida del regulador de potencia mediante un elemento de multiplicación. De este modo se pretende conseguir un comportamiento de respuesta acelerado del control anticipativo en caso de una reducción del valor de consigna, creándose un comportamiento de respuesta robusto con respecto al estado de funcionamiento del parque eólico.
La invención tiene el objetivo de indicar un método de control para un parque eólico, así como un parque eólico que siguen con la mayor exactitud posible una especificación de valores de consigna, tanto en el comportamiento estacionario como en el transitorio.
De acuerdo con la invención, el objetivo se consigue con un metodo con las características de la reivindicación 1, así como un parque eólico con las características de la reivindicación 6. Realizaciones ventajosas constituyen el objeto de las reivindicaciones dependientes.
El método de acuerdo con la invención está previsto y destinado para la regulación del suministro de potencia activa de un parque eólico con al menos dos aerogeneradores que inyectan potencia activa a una red de suministro eléctrico. En un modelo de parque eólico está presente un valor de consigna para la potencia activa a producir por el parque eólico que determina un valor de consigna de potencia activa modelado. El valor de consigna de potencia activa modelado forma junto con el valor real de la potencia activa una desviación de la regulación para un regulador de potencia. A una variable de ajuste de regulador del regulador del parque eólico se suma de forma aditiva una variable de ajuste de control anticipativo. La variable de ajuste de control anticipativo es independiente de los estados del parque eólico y de sus valores reales y depende únicamente del valor de consigna de la potencia activa del parque eólico. A partir del valor de consigna del regulador y lavariable de ajuste del control anticipativo se forma mediante adición una variable de ajuste total para el parque eólico.
De acuerdo con la invención, se determina una diferencia del valor real de la potencia activa y el valor de consigna de potencia activa modelado. A partir de la diferencia se genera un valor de corrección para la determinación del valor de consigna de potencia activa modelado. La invención se basa en el conocimiento de que el valor de consigna de potencia activa modelado del parque eólico puede corregirse en función de una desviación entre el valor real de la potencia activa y el valor de consigna de potencia activa modelado, de modo que pueden compensarse desviaciones en el modelo que se deben a puntos de operacion y trabajo de los aerogeneradores en el parque. El modelo genera, con el valor de consigna de potencia activa modelado, el valor para la potencia activa que suministraría el parque eólico en respuesta a la especificación del valor de consigna. Preferentemente, mediante esta corrección puede conseguirse un comportamiento de regulación más exacto del parque eólico, que puede seguir en este caso con mayor exactitud las especificaciones externas de valores de consigna. Por lo tanto, pueden minimizarse de forma efectiva las repercusiones en una red de suministro de energía eléctrica a la que el parque eólico inyecta potencia.
De acuerdo con la invención, el valor de corrección minimiza una desviación entre el valor de consigna de potencia activa modelado y el valor real de la potencia activa del parque eólico. Puesto que el valor de corrección está basado en la diferencia entre el valor de consigna de potencia activa modelado y el valor real, el valor de corrección depende de las desviaciones del modelo del comportamiento real del parque eólico o de los aerogeneradores individuales del parque eólico. Si no hay ninguna desviación, el valor de corrección es cero y no se efectúa ninguna corrección del modelo.
En una realización preferida, el regulador de potencia está diseñado para la corrección de perturbaciones. Como resultado del control anticipativo, el valor real sigue directamente el valor de consigna y el regulador de potencia puede optimizarse para la corrección de perturbaciones.
En otra realización preferida se corrige, con el valor de corrección, una dependencia del valorde consigna de potencia activa modelado de un punto de funcionamiento del parque eólico. El modelo del parque eólico en el que está basado el valor de consigna de potencia activa modelado es en gran medida independiente de un punto de funcionamiento, como por ejemplo del valor real de la potencia activa suministrada. Mediante el valor de corrección puede resolverse la dependencia restante del punto de funcionamiento en el modelo.
En una realización preferida, el método es implementado de tal modo que en el estado estacionario, cuando coinciden el valor de consigna de potencia activa modelado y el valor real de la potencia activa, la variable de ajuste total adopta el valor cero. Presentando en este momento la variable de ajuste total el valor cero, se produce una corrección de las perturbaciones que se producen en el parque eólico. Una función de transmisión de la variable de referencia queda de este modo desacoplada de la función de transmisión de perturbaciones.
En una realización preferida se usan filtros, por ejemplo para suavizar temporalmente el valor de consigna de potencia activa modelado como también el valor real para la potencia activa .
El objetivo de acuerdo con la invención se consigue asimismo mediante un parque eólico con las características según la reivindicación 6.
El parque eólico de acuerdo con la invención presenta al menos dos aerogeneradores y un regulador de parque eólico. El regulador de parque eólico tiene un regulador de potencia que está concebido para formar una variable de ajuste de regulador para la potencia activa del parque eólico. El regulador del parque eólico tiene además un control anticipativo que está concebido para formar una variable de ajuste de control anticipativo independientemente de los estados del parque eólico y de sus valores reales. Además, el regulador de parque eólico tiene un modelo que está configurado para determinar a partir de un valor de consigna para la potencia activa del parque eólico un valor de consigna de potencia activa modelado. El valor de consigna de potencia activa modelado está presente en un regulador de potencia que emite una variable de ajuste de regulador. En el regulador de parque eólico de acuerdo con la invención, la variable de ajuste de control anticipativo se aplica al regulador de potencia de forma aditiva, a la variable de ajuste del regulador. El regulador de parque eólico tiene además un módulo de corrección en el que está presente una diferencia entre el valor de consigna de potencia activa modelado y el valor real de la potencia activa. El módulo de corrección está configurado para determinar un valor de corrección para el modelo usado para proporcionar el valor de consigna de potencia activa modelado. La ventaja particular del parque eólico y de su regulador de parque eólico está en que el regulador de potencia puede configurarse para corregir las variables de perturbación es, mientras que el control anticipativo compensa los cambios en el valor de consigna. Además, gracias al valor de corrección se minimiza una desviación entre el valor de consigna de potencia activa modelado y el valor real de la potencia activa. En particular también en estados transitorios del parque eólico, en los que el valor de consigna de la potencia activa a suministrar ha cambiado de forma brusca o a lo largo de una rampa, se adaptará mediante el valor de corrección el modelo para la determinación del valor de consigna de potencia activa modelado. El control anticipativo guia al parque eólico cerca del valor de consigna, mientras que el regulador de potencia está configurado de tal modo que se compensan perturbaciones al proporcionar el parque eólico la potencia activa.
En una realización preferida, está/n previsto/s uno o varios filtros para el valor de consigna de potencia activa modelado y/o el valor real de la potencia activa. Mediante los filtros pueden suprimirse variaciones de corta duración, es decir, de alta frecuencia, por ejemplo.
En otra realización preferida, el regulador de parque eólico distribuye la variable de ajuste total en variables de ajuste individuales para los reguladores de potencia de los aerogeneradores que se encuentran en el parque eólico. La distribución puede tener en cuenta variables específicas de los aerogeneradores, como por ejemplo valores reales de la potencia, reserva de regulación, la velocidad de viento detectada.
La invención se describe a continuación por medio de un ejemplo de realización preferido, donde
la figura 1 muestra una vista esquemática de un regulador de parque eólico con control anticipativo simple,
la figura 2 muestra una vista esquemática de un regulador de parque eólico con control anticipativo y un modelo del parque eólico, y
la figura 3 muestra una curva de la potencia activa con control anticipativo con y sin modelo representado a modo de ejemplo.
La figura 1 muestra una vista esquemática de un regulador 10 de parque eólico con control anticipativo simple. La variable de entrada está formada por el valor de consigna SPP(t) predeterminado en función del tiempo para la potencia activa a suministrar. El valor de consigna está presente en un control anticipativo V, que determina a partir de ello una variable de ajuste uv. Al mismo tiempo, el valor de consigna SPP(t) dependiente del tiempo está presente junto con el valor real de la potencia activa P(t) en un elemento de sustracción que forma una desviación del sistema e(t). La desviación del sistemae(t) está presente en un regulador de potencia R. Este genera una variable de ajuste de regulador ur. La variablede salida del regulador de potencia R es la variable de ajuste de regulador ur. La variable de ajuste de control previo uv y la variable de ajuste de regulador ur están conectadas a un elemento de adición y son sumados por este formando una variable de ajuste total u. La variable de ajuste total u está conectada al sistema controlado F(P,t). El sistema controlado está formado en este sentido por el parque eólico, dividiéndose la variable de ajuste total u entre los aerogeneradores individuales en el parque eólico. Esta división puede realizarse por ejemplo con ayuda de una potencia activa indicada como disponible por los aerogeneradores individuales. Para la descripción de los ejemplos de realización puede partirse de que está incluida una división adecuada en el sistema controlado F(P,t).
El regulador 20 de parque eólico de acuerdo con la invención está representado esquemáticamente en la figura 2. La variablede entrada SPP(t) está formada por una especificación de valor de consigna que se convierte mediante el control anticipativo V en una variable de regulación de controlanticipativo uv. Al mismo tiempo, el valor de consigna predeterminado SPP(t) está presente en un modelo del parque eólico F. El modelo del parque eólico genera un valor de consigna de potencia activa modelado P(t). Este valor de consigna de potencia activa modelado se resta mediante un elemento de resta del valor real de la potencia activa P(t), de modo que se genera una desviación del sistema e(t). En una realización preferida, al elemento de resta anteriormente indicado está conectado en lugar del valor real de la potencia activa P(t) un valor filtrado P(t)* del valor real de la potencia activa P(t). El valor filtrado puede ser proporcionado por un filtro adecuado, que está previsto para suavizar variaciones de corta duración, es decir, de alta frecuencia de un valor real de la potencia activa P(t) presente en el filtro. La desviación del sistema e(t) está conectada a un regulador de potencia R, que genera una variable de ajuste de regulador ur. Las dos variables de ajuste se suman mediante un elemento de adición formando una variable de ajuste total u, que está presente como un valor de consigna en el parque eólico F(P,t) como el sistema controlado.. El parque eólico convierte, de forma análoga a la figura 1, la variable de ajuste total u en la potencia activa P(t) a suministrar. En este planteamiento con un controlanticipativo, las perturbaciones d(P,t) se corrigen directamente mediante el regulador de potencia R. Como perturbaciones típicas se pueden indicar, por ejemplo, cambios a lo largo del tiempo en la velocidad del viento y/o la dirección del viento que influyen en el comportamiento de los aerogeneradores individuales del parque eólico.
El valor real de la potencia activa del parque eólico P(t) también está presente en otro elemento de sustracción, en el que también está presente el valor de consigna de potencia activa modelado P(t). El elemento de sustracción proporciona una diferencia de potencia activa AP(t) entre el valor real y el valor de consigna. La diferencia entre los dos valores de potencia activa AP(t) está conectada a un módulo de corrección O. El módulo de corrección O genera un valor de corrección K, que está conectado al modelo del parque eólico F. Los valores de corrección K cambian el ajuste del modelo F de tal modo que la variable AP(t) pasa a cero. Gracias al modelo del parque eólico F, que reproduce un t sistema de regulación inverso para la regulación de la potencia activa del parque eólico y el modelo de corrección O, los valores de potencia activa suministrada pueden ser controlados para seguir más de cerca los valores de consigna SPP(t), en particular pueden evitarse sobreoscilaciones. Puesto que está previsto el observador O para reproducir el comportamiento del parque eólico con la mayor exactitud posible, es recomendable proporcionar para la formación de AP(t) un valor no filtrado de la potencia activa del parque eólico P(t).
En el metodo de regulación se conduce en resumen un valor de consigna de potencia activa SPP(t) por un circuito adicional sin que pase por el regulador de potencia propiamente dicho. Como resultado, surge por el controlanticipativo V una variable de ajuste de controlanticipativo uv. Junto con la variable de ajuste ur se determina mediante adición la variable de ajuste total u.
Los saltos que se producen en el valor de consigna se aplican directamente al sistema controlado y, en este caso, al parque eólico F(P,t) a través del control anticipativo.. El aumento del valor de consigna en el elemento de ajuste conduce de esta manera a un tiempo de regulación potencialmente más corto.
sistema controlado
Para una respuesta transitoria mejorada a un valor de meseta, se hace uso del modelo interno F. Antes de formar la desviación de control e(t), el valor nominal SPP(t) también se aplica a un modelo del sistema controlado F. Así, la desviación de control e(t) surge de
e(t) = SPP(t)* F(P,t)-P(t).
Si el modelo es idéntico al sistema controlado real (inverso), en el estado estacionario la salida del regulador de potencia es ur = 0. Si cambia el valor de consigna SPP(t) y si el comportamiento en función del tiempo de F(P,t) y F (P,t) es idéntico, la desviación de la regulación sigue siendo cero. Esto significa que la dinámica del regulador no influye en el comportamiento del control.
Puesto que el parque eólico no puede representarse exactamente como tun sistema y el comportamiento de transmisión cambia en función del punto de funcionamiento de los aerogeneradores individuales, debe compensarse un error del modelo. Para ello, el error de modelo se acopla retroactivamente al modelo para una función de corrección O constante. La influencia de las variables perturbadoras d(P,t) en el parque eólico conduce a una desviación de control e(t), que es compensada por el regulador de potencia.
Mediante el metodo del controlanticipativo es posible desacoplar la función de transmisión de ordenes de la función de transmisión de perturbaciones. La variable de regulación sigue directamente el valor de consigna y el regulador de potencia puede optimizarse para la corrección de perturbaciones. Gracias a ello, las especificaciones de valores de consignapueden seguirse en conjunto con más exactitud y pueden evitarse desviaciones en el estado estacionario. Por tanto se reduce el tiempo de corrección.
La figura 3 muestra la curva del valor de consigna de la potencia activa de un parque eólico 30 con respecto al tiempo, así como la curva del valor real de la potencia activa del parque eólico 31 usándose un controlanticipativo simple según la figura 1 y la curva del valor real de la potencia activa del parque eólico 32 según la figura 2 con el metodo de regulación de acuerdo con la invención basándose en un controlanticipativo y un modelo de parque eólico. El eje de tiempo horizontal representa segundos, el eje vertical para la potencia activa representa unidades arbitrarias. La especificación del valor de consigna SPP(t) 30 aumenta linealmente del valor 1 al valor 2 aproximadamente en el instante 80,, en el que se mantiene constante hasta aproximadamente el instante 200. Puede verse claramente que en la zona en la que el valor de consigna de la potencia activa 30 aumenta de 1 a 2, el valor real de la potencia activa con controlanticipativo simple 31 se mantiene claramente por debajo del valor de consigna. La figura 3 muestra también la influencia del controlanticipativo y del uso del modelo de parque eólico en la curva del valor de consigna 32. Puede verse claramente que el valor real 32 conseguido con el controlanticipativo sigue claramente el valor de consigna 30 en la zona de subida lineal. También puede verse que en la transición del valor de consigna al valor de meseta 2 se produce únicamente una sobreoscilación muy reducida, siendo la potencia activa proporcionada por el parque eólico superior al valor de consigna predeterminado.
Lista de referencias
10 Regulador de parque eólico
20 Regulador de parque eólico
O Módulo de corrección
R Regulador de potencia
F Modelo del parque eólico
V Control anticipativo
F(P,t) Sistema controlado
SPP(t) Valor de consigna de potencia activa predeterminado del parque eólico
P(t) Valor de consigna de potencia activa modelado
P(t) Valor real de la potencia activa del parque eólico
P(t)* Valor real filtrado de la potencia activa del parque eólico
e(t) Desviación de control
AP(t) Diferencia de potencia activa
K Valor de corrección
uv Variable de ajuste de control anticipativo
ur Variable de ajuste de regulador
u Variable de ajuste total para el valor de consigna de potencia activa del parque eólico
d(P,t) Variable de perturbacion
30 Valor de consigna de la potencia activa de un parque eólico (SPP(t))
31 Valor real de la potencia activa del parque eólico (P(t)) con control anticipativo simple
32 Valor real de la potencia activa del parque eólico (P(t)) con control anticipativo y modelo de parque eólico|[HA1]

Claims (9)

REIVINDICACIONES
1. Método para controlar la producción de potencia activa en un parque eólico (F(P,t)) con al menos dos aerogeneradores que suministran potencia activa, en el que un valor de consigna para la potencia activa (SPP(t)) del parque eólico se aplica a un modelo de parque eólico (F) que determina un valor de consigna de potencia activa modelado (P(t)), que junto con un valor real de la potencia activa (P(t)) forma una desviación de control (e(t)) para un regulador de potencia (R), cuya variable de ajuste de regulador (ur) sse proporciona adicionalmente con una variable de ajuste de control anticipativo (uv) determinada independientemente de los estados del parque eólico (F(P,t)) y de sus valores reales y forma una variable de ajuste total (u) para el parque eólico (F(P,t)),
caracterizado por que
el modelo de parque eólico (F) es un modelo del sistema controlado (F(P,t)) formado por el parque eólico y un valor de corrección (K) para la determinación del valor de consigna de potencia activa modelado (P(t)) en función de una diferencia entre el valor real de la potencia activa (P(t)) y el valor de consigna de potencia activa modelado (P(t)), se genera mediante un módulo de corrección (O) y se aplica al modelo de parque eólico ( F), siendo generado el valor de corrección (K) por el módulo de correción (O) de tal modo que se minimiza una desviación entre el valor de consigna de potencia activa modelado (P(t)) y el valor real de la potencia activa (P(t)).
2. Metodo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que el regulador de potencia (R) está configurado para la corrección de perturbaciones (d(P,t)).
3. Metodo de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que con el valor de corrección (K) se corrige una dependencia del valor de consigna de potencia activa modelado (P(t))de un punto de funcionamiento del parque eólico (F(P,t)).
4. Metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que en el estado estacionario, cuando coinciden el valor de consigna de potencia activa modelado (P(t)) y el valor real de la potencia activa (P(t)), desaparece la variable de ajuste de regulador (ur).
5. Metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que se filtran el valor de consigna de potencia activa modelado (P(t)) y/o el valor real de la potencia activa (P(t)).
6. Parque eólico (F(P,t)) con al menos dos aerogeneradores y un regulador de parque eólico (20), que
tiene un regulador de potencia (R) configurado para generar una variable de ajuste de regulador (ur) para la potencia activa que ha de ser suministrada por el parque eólico (F(P,t)),
un controlanticipativo (V) configurado para generar una variable de ajuste de controlanticipativo (uv ) independientemente de las condiciones del parque eólico (F(P,t)) y sus valores reales y
un modelo (F) configurado para determinar a partir de un valor de consigna para la potencia activa (SPP(t)) para el parque eólico (F(P,t)) un valor de consigna de potencia activa modelado (P(t)),
donde la variable de control anticipativo (uv) se aplica, además del valor de consigna del controlador (UR), como un valor de consigna total (u) al parque eólico (F(P,t)),
caracterizado por que
el modelo de parque eólico (F) es un modelo del sistema controlado (F(P,t)) formado por el parque eólico y el regulador de parque eólico (20) tiene un módulo de corrección (O), al cual se aplica una diferencia entre el valor de potencia activa modelado (P(t)) y el valor real de la potencia activa (P(t)) y que estáconfigurado para proporcionar un valor de corrección (K) para el modelo de parque eólico (F) que minimiza una desviación del valor de consigna de potencia activa modelado (P(t)) del valor real de la potencia activa (P(t)).
7. Parque eólico de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado por que el regulador de potencia (R) está configurado para compensar perturbaciones (d(P,t)).
8. Parque eólico de acuerdo con la reivindicación 6 o 7, caracterizado por que se proporcionan uno o varios filtros para el valor de potencia activa modelado (P(t)) y/o el valor real de la potencia activa (P(t)).
9. Parque eólico de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, caracterizado por que el regulador de parque eólico (20) está configurado para dividir la variable de ajuste total (u) en variables de ajuste individuales para reguladores de potencia de los aerogeneradores.
ES17160518T 2017-03-13 2017-03-13 Método de control del suministro de potencia activa de un parque eólico, y dicho parque eólico Active ES2913122T3 (es)

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