ES2917206T3 - Turbina eólica con reserva de tensión de CC reducida - Google Patents

Turbina eólica con reserva de tensión de CC reducida Download PDF

Info

Publication number
ES2917206T3
ES2917206T3 ES18821694T ES18821694T ES2917206T3 ES 2917206 T3 ES2917206 T3 ES 2917206T3 ES 18821694 T ES18821694 T ES 18821694T ES 18821694 T ES18821694 T ES 18821694T ES 2917206 T3 ES2917206 T3 ES 2917206T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
voltage
side converter
modulation index
overmodulation
grid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES18821694T
Other languages
English (en)
Inventor
Ciprian Biris
Kent Tange
Duy Duc Doan
Torsten Lund
Gert Karmisholt Andersen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vestas Wind Systems AS
Original Assignee
Vestas Wind Systems AS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vestas Wind Systems AS filed Critical Vestas Wind Systems AS
Application granted granted Critical
Publication of ES2917206T3 publication Critical patent/ES2917206T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/539—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters with automatic control of output wave form or frequency
    • H02M7/5395—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters with automatic control of output wave form or frequency by pulse-width modulation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/028—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor controlling wind motor output power
    • F03D7/0284—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor controlling wind motor output power in relation to the state of the electric grid
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/381—Dispersed generators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/40—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc
    • H02M5/42—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/44—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac
    • H02M5/453—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M5/458—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M5/4585—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having a rectifier with controlled elements
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • H02P27/08—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/007—Control circuits for doubly fed generators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/10—Control effected upon generator excitation circuit to reduce harmful effects of overloads or transients, e.g. sudden application of load, sudden removal of load, sudden change of load
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/10—Control effected upon generator excitation circuit to reduce harmful effects of overloads or transients, e.g. sudden application of load, sudden removal of load, sudden change of load
    • H02P9/102—Control effected upon generator excitation circuit to reduce harmful effects of overloads or transients, e.g. sudden application of load, sudden removal of load, sudden change of load for limiting effects of transients
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
    • F05B2270/337—Electrical grid status parameters, e.g. voltage, frequency or power demand
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
    • H02J2300/28—The renewable source being wind energy
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/46—Controlling of the sharing of output between the generators, converters, or transformers
    • H02J3/48—Controlling the sharing of the in-phase component
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/46—Controlling of the sharing of output between the generators, converters, or transformers
    • H02J3/50—Controlling the sharing of the out-of-phase component
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2101/00—Special adaptation of control arrangements for generators
    • H02P2101/15—Special adaptation of control arrangements for generators for wind-driven turbines
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • H02P27/08—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation
    • H02P27/085—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation wherein the PWM mode is adapted on the running conditions of the motor, e.g. the switching frequency
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/76—Power conversion electric or electronic aspects

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
  • Wind Motors (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)

Abstract

La invención se refiere a un método para operar una turbina eólica que comprende un generador de potencia, un convertidor del lado del generador, un convertidor de la cuadrícula, un enlace de CC conectado eléctricamente a una salida del convertidor del lado del generador y una entrada del convertidor del lado de la cuadrícula. El método comprende el monitoreo de una señal de turbina eólica para la detección de una condición operativa que requiere un aumento de un voltaje de salida del convertidor del lado de la cuadrícula, tras la detección de la condición operativa, inicia un modo de sobremodulación en el que el convertidor del lado de la cuadrícula se opera con un Índice de modulación en un rango de sobremodulación, y tras la detección de la condición operativa, inicia un modo de ajuste de voltaje de CC en el que el voltaje A DC del enlace de CC aumenta desde un primer nivel de voltaje hacia un segundo nivel de voltaje. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Turbina eólica con reserva de tensión de CC reducida
Campo de la invención
La invención se refiere a turbinas eólicas, particularmente a controlar convertidores de potencia de turbinas eólicas.
Antecedentes de la invención
El uso de altas tensiones de enlace de CC de conversores de potencia puede reducir la vida útil de los transistores IGBT debido al impacto de los rayos cósmicos. Por consiguiente, se desea mantener la tensión de enlace de CC lo más baja posible. Sin embargo, en determinadas situaciones tales como situaciones en las que la tensión de red aumenta por encima de la tensión de red nominal, puede que sea necesario aumentar la amplitud de tensión de salida de la potencia generada por el convertidor de lado de red, por ejemplo, con el fin de evitar que una alta corriente fluya desde la red al convertidor de lado de red. Hay otras situaciones que también requieren un aumento de la amplitud de tensión en el convertidor de potencia de lado de red.
El documento EP2655871 A1 da a conocer un método para hacer funcionar una turbina eólica. La turbina eólica comprende un generador de potencia, un convertidor de lado de generador conectado al generador de potencia, un convertidor de lado de línea conectado a una red de potencia a través de componentes de potencia, y se proporciona un enlace de CC conectado entre el convertidor de lado de generador y el convertidor de lado de línea. El método comprende monitorizar las tensiones de red en la red de potencia para eventos de sobretensión y si se detecta un evento de sobretensión, el convertidor de lado de línea se hace funcionar en un intervalo de sobremodulación durante al menos una parte de la duración del evento de sobretensión.
Por lo tanto, el documento EP2655871 A1 proporciona una solución al problema mencionado anteriormente mediante el uso de sobremodulación para aumentar la tensión de salida en caso de situaciones de sobretensión. Sin embargo, la sobremodulación provoca contaminación de red debido a la generación de armónicos que se inyectan en la red.
Además, el documento US2013265809 propone aumentar la tensión de salida de convertidor de lado de red aplicando sobremodulación, pero también regular la tensión de enlace de CC.
Por consiguiente, todavía existe la necesidad de mejorar turbinas eólicas en casos en los que se desea un aumento de la tensión de salida generada.
Sumario de la invención
Es un objeto de la invención mejorar turbinas eólicas con respecto a la generación de tensiones de salida aumentadas en situaciones en las que esto se requiere o es ventajoso. También es un objeto de la invención mejorar la situación en la que la generación de alto tensión de salida provoca contaminación de red debido al uso de sobremodulación. También es un objeto de la invención mejorar la situación en la que la vida útil de los elementos de conmutación del convertidor de potencia se reduce debido a altas tensiones de enlace de CC.
En un primer aspecto de la invención como se expone en la reivindicación 1, se proporciona un método para hacer funcionar una turbina eólica que comprende un generador de potencia, un convertidor de lado de generador, un convertidor de lado de red, un enlace de CC conectado eléctricamente a una salida del convertidor de lado de generador y una entrada del convertidor de lado de red, el método comprende
- monitorizar una señal de turbina eólica para detección de una condición de funcionamiento que requiere un aumento de una tensión de salida del convertidor de lado de red,
- tras la detección de la condición de funcionamiento, iniciar un modo de sobremodulación en el que el convertidor de lado de red se hace funcionar con un índice de modulación en un intervalo de sobremodulación,
- tras la detección de la condición de funcionamiento, iniciar un modo de ajuste de tensión de CC en el que una tensión de CC del enlace de CC se aumenta desde un primer nivel de tensión hacia un segundo nivel de tensión, el índice de modulación se disminuye al menos durante un subperíodo del modo de sobremodulación, y en el que la tensión de CC se aumenta al menos durante un subperíodo del modo de ajuste de tensión de CC, y una tasa de cambio de la disminución del índice de modulación y una tasa de cambio del aumento de la tensión de CC se hacen coincidir para lograr una tensión de salida deseada del convertidor de lado de red.
El primer nivel de tensión puede tener una tensión dentro de un intervalo desde 3 hasta 10 por ciento por encima de una tensión de CC mínima. La tensión de CC mínima es una tensión mínima requerida para la generación de una tensión de salida Uo a nivel nominal, es decir, una tensión de salida Uo requerida para hacer coincidir una tensión de red nominal Ug. El primer nivel de tensión representa una reserva de tensión de enlace de CC que relaja los requisitos de control y proporciona margen para la dinámica en el control del convertidor de lado de red, por ejemplo, debido a variaciones en la velocidad de rotor.
Es una ventaja mantener la tensión de CC en un mínimo en vista de la preservación de vida útil debido al impacto de rayos cósmicos. Por otro lado, establecer la reserva de tensión de CC baja, establece requisitos más estrictos para el control del convertidor de lado de red y, por lo tanto, limita el margen para la dinámica del sistema.
Ventajosamente, iniciando un modo de sobremodulación tan pronto como se detecta una condición de funcionamiento, es decir, una condición de funcionamiento que se crea debido a una situación dinámica tal como un aumento de la velocidad de generador, el requisito de un rápido aumento de la tensión de salida del convertidor de lado de red puede cumplirse por el aumento del índice de modulación. Por lo tanto, el primer nivel de tensión puede establecerse en un valor más bajo en comparación con soluciones que no implementan la función de sobremodulación.
Como se ha mencionado, la sobremodulación también tiene desventajas y, por lo tanto, la duración de la aplicación del modo de sobremodulación puede ser limitada, por ejemplo, mediante el uso de un temporizador. Por ejemplo, el modo de sobremodulación puede limitarse a períodos de hasta 10 ms, 20 ms, 50 ms, 100 ms posiblemente hasta 500 ms o 1 s.
Dado que el modo de ajuste de tensión de CC también se inicia en respuesta a la detección de la condición de funcionamiento, la tensión de CC aumentada puede satisfacer el requisito de una tensión de salida aumentada cuando se ha cargado el condensador de enlace de CC. Por lo tanto, el convertidor de lado de red puede sacarse de la sobremodulación cuando el condensador de enlace de CC se ha cargado hasta el segundo nivel de tensión durante el período mencionado anteriormente, por ejemplo, un período de 20 ms.
Un objetivo de la solución técnica según el primer aspecto es manejar situaciones dinámicas que requieren una tensión de salida aumentada mediante el uso de una reserva de enlace de CC reducida. Particularmente, un objetivo es manejar situaciones dinámicas que pueden manejarse mediante un aumento relativamente bajo de la reserva de tensión de enlace de CC. Por lo tanto, el segundo nivel de tensión puede representar un aumento relativamente bajo de la tensión de CC. Por ejemplo, el primer nivel de tensión puede tener una tensión dentro de un intervalo desde 8 hasta 20 por ciento por encima de una tensión de CC mínima. Por lo tanto, incluso aunque se aumente la tensión de enlace de CC, el impacto en la vida útil debido a los rayos cósmicos puede no ser significativo, particularmente para condiciones de funcionamiento que tienen una duración relativamente baja, por ejemplo, por debajo de 1-10 s.
Según una realización, al menos un subperíodo del modo de sobremodulación y un subperíodo del modo de ajuste de tensión de CC tienen lugar simultáneamente. Ventajosamente, al menos un subperíodo de los ajustes del índice de modulación y la tensión de CC tiene lugar simultáneamente para que un ajuste pueda compensar el otro.
La disminución del índice de modulación tiene lugar después de un aumento inicial del índice de modulación, por ejemplo, un aumento gradual en el momento en el que se detecta la condición de funcionamiento. Los cambios del índice de modulación y la tensión de CC pueden ser ajustes lineales o no lineales en función del tiempo.
Según una realización, el índice de modulación se cambia dependiendo de un nivel de tensión de CC entre los niveles de tensión primero y segundo. Por ejemplo, el índice de modulación puede ajustarse de manera adaptativa dependiendo del nivel de carga, es decir, tensión de CC, del condensador de enlace de CC.
Según una realización, el modo de sobremodulación puede cambiarse de vuelta a un modo de modulación lineal dependiendo de la tensión de CC entre los niveles de tensión primero y segundo. Por ejemplo, cuando la tensión de CC ha alcanzado el segundo nivel de tensión, puede ejecutarse un cambio de vuelta al modo de modulación lineal. Según una realización, el convertidor de lado de red se hace funcionar con un índice de modulación en un intervalo de sobremodulación durante un período de tiempo predeterminado o variable, donde el período de tiempo predeterminado o variable es dependiente de la condición de funcionamiento detectada. Por ejemplo, puede establecerse un límite predeterminado o máximo de un período de tiempo variable, por ejemplo, dependiente de un tipo de la condición de funcionamiento o un nivel de sobretensión de red.
Según una realización, los datos de tensión de CC acumulados se obtienen basándose en los datos de tensión de CC y tiempo, de modo que los datos de tensión de CC acumulados se relacionan con un tiempo acumulado en el que la tensión de CC está por encima de un nivel de tensión predeterminado. Ventajosamente, los datos de tensión de CC acumulados pueden usarse para indicar la vida útil restante de los componentes de conmutación, por ejemplo, IGBT, de los conversores de potencia.
Según una realización, el segundo nivel de tensión y/o una duración máxima de aplicación de la tensión de CC aumentada se basa en los datos de tensión de CC acumulados. Ventajosamente, esto permite ajustes de la tensión de CC o la duración de la aplicación de una tensión de CC aumentada dependiente de la vida útil restante.
Según una realización, el método comprende, después de que la tensión de CC ha alcanzado el segundo nivel de tensión, disminuir la tensión de CC y aumentar el índice de modulación.
Según una realización, el aumento del índice de modulación tiene lugar después de que el modo de sobremodulación se ha cambiado de vuelta a un modo de modulación lineal y la tensión de CC ha alcanzado el segundo nivel de tensión. Ventajosamente, el aumento adicional del índice de modulación permite el manejo de condiciones de funcionamiento de duraciones más largas.
Según una realización, una tasa de cambio de la disminución de la tensión de CC y una tasa de cambio del aumento del índice de modulación se hacen coincidir para lograr una tensión de salida deseada del convertidor de lado de red. Según una realización, al menos una parte de un período de disminución de la tensión de CC y al menos una parte de un período de aumento del índice de modulación tienen lugar simultáneamente.
Por ejemplo, la condición de funcionamiento detectada puede ser una de una situación de sobretensión en la que la tensión de red está por encima de un nivel de tensión nominal, una recuperación desde una situación de subtensión en la que las tensiones de red aumentan desde una tensión baja hasta el nivel de tensión nominal, una condición de generador en la que se requiere una tensión de salida aumentada del convertidor de lado de red debido a un aumento requerido de la velocidad de generador, o una condición de generador en la que se requiere temporalmente sobremodulación en situaciones en las que el índice de modulación está cerca del intervalo de sobremodulación. Un segundo aspecto de la invención como se expone en la reivindicación 14 se refiere a un sistema de control para hacer funcionar una turbina eólica, la turbina eólica comprende un generador de potencia, un convertidor de lado de generador, un convertidor de lado de red, un enlace de Cc conectado eléctricamente a una salida del convertidor de lado de generador y una entrada del convertidor de lado de red, el sistema de control está dispuesto para
- monitorizar una señal de turbina eólica para detección de una determinada condición de funcionamiento que requiere un aumento de una tensión de salida del convertidor de lado de red, y
- tras la detección de la condición de funcionamiento, iniciar un modo de sobremodulación en el que el convertidor de lado de red se hace funcionar con un índice de modulación en un intervalo de sobremodulación, y
- tras la detección de la condición de funcionamiento, iniciar un modo de ajuste de tensión de CC en el que la tensión de CC del enlace de CC se aumenta desde un primer nivel de tensión hacia un segundo nivel de tensión, el sistema de control está configurado además para disminuir el índice de modulación al menos durante un subperíodo del modo de sobremodulación, y para aumentar la tensión de CC al menos durante un subperíodo del modo de ajuste de tensión de CC, y para hacer coincidir una tasa de cambio de la disminución del índice de modulación y una tasa de cambio del aumento de la tensión de CC para lograr una tensión de salida deseada del convertidor de lado de red.
Un tercer aspecto de la invención como se expone en la reivindicación 15 se refiere a una turbina eólica que comprende un sistema de control según el segundo aspecto.
En general, los diversos aspectos y realizaciones de la invención pueden combinarse y acoplarse de cualquier manera posible dentro del alcance de la invención. Estos y otros aspectos, características y/o ventajas de la invención se harán evidentes y se aclararán con referencia a las realizaciones descritas a continuación en el presente documento. Breve descripción de los dibujos
Se describirán realizaciones de la invención, solo a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos, en los que la figura 1 muestra una turbina eólica,
la figura 2 muestra un sistema de generación de potencia de una turbina eólica,
la figura 3A muestra un método para hacer funcionar la turbina eólica en respuesta a una condición de funcionamiento detectada que requiere un aumento de la tensión de salida del convertidor de red,
la figura 3B muestra datos de tensión de enlace de CC acumulados obtenidos sumando las tensiones de enlace de CC a lo largo del tiempo,
la figura 4 muestra otro método para hacer funcionar la turbina eólica en respuesta a una condición de funcionamiento detectada que requiere un mayor aumento de la tensión de salida del convertidor de red, y
la figura 5 muestra un sistema de control de convertidor para controlar la corriente reactiva Id y la corriente activa Iq generada por el convertidor de lado de red.
Descripción de las realizaciones
La figura 1 muestra una turbina eólica 100 (WTG) que comprende una torre 101 y un rotor 102 con al menos una pala de rotor 103, tal como tres palas. El rotor está conectado a una góndola 104 que está montada en la parte superior de la torre 101 y que está adaptada para accionar un generador situado dentro de la góndola a través de un tren de accionamiento. El rotor 102 puede hacerse rotar por la acción del viento. La energía rotacional inducida por el viento de las palas de rotor 103 se transfiere a través de un árbol al generador. Por lo tanto, la turbina eólica 100 es capaz de convertir energía cinética del viento en energía mecánica por medio de las palas de rotor y, posteriormente, en energía eléctrica por medio del generador. El generador está conectado con un convertidor de potencia que comprende un convertidor de lado de generador y un convertidor de lado de red. El convertidor de lado de generador convierte la potencia de CA de generador en potencia de CC y el convertidor de lado de red convierte la potencia de CC en una potencia de CA para inyección en la red de suministro a través de inductores de salida de la turbina eólica 100.
La figura 2 muestra un ejemplo de un sistema de potencia 200 de una turbina eólica 100.
El sistema de potencia comprende un generador 201, un convertidor de lado de generador 203, un convertidor de lado de red 204 y un enlace de CC 205. El enlace de CC 205 comprende uno o más condensadores de enlace de CC que se cargan por la corriente de salida de CC desde el convertidor de lado de generador 203 y que suministra potencia de CC al convertidor de lado de red 204. La corriente de CA de salida desde el convertidor de lado de red 204 se suministra a través de inductores de salida 206 y posiblemente a través de un transformador de red 208 a la red 220.
El convertidor de lado de red es capaz de soportar una determinada sobretensión de red Ug, por ejemplo, 1,1 -1,3 pu. Hasta cierto punto, las sobretensiones de red pueden manejarse absorbiendo potencia reactiva de modo que se genera una caída de tensión sobre los inductores de salida 206. La absorción de potencia reactiva puede conducir a la carga de los condensadores de enlace de CC. La carga del condensador de enlace de CC puede conducir a un accionamiento involuntario del sistema convertidor/turbina eólica y/o a daño de componentes de potencia.
Alternativamente, tales situaciones de sobretensión pueden manejarse aumentando la tensión de salida Uo del convertidor de lado de red 204, es decir, la amplitud de tensión en la conexión eléctrica entre la salida del convertidor de lado de red 204 y los inductores de salida 206.
Las situaciones de sobretensión pueden deberse a un aumento temporalmente de la tensión de red debido a algún problema de red que provoca un aumento de la tensión de red por encima de la tensión nominal de red. Tales situaciones de sobretensión pueden denominarse situaciones de paso por sobretensión (OVRT). Otra situación que puede manejarse por un aumento de una tensión de salida del convertidor de lado de red es una recuperación desde una situación de subtensión en la que la tensión de red aumenta desde una tensión baja hasta el nivel de tensión nominal. La situación de recuperación de tensión de red requiere una dinámica de tensión de salida Uo temporalmente aumentada del sistema de control, particularmente debido a un retraso entre el aumento de la tensión de red Ug durante la recuperación y un valor de alimentación anticipada de la tensión de red Ug que se añade al controlador 503 (véase la figura 5, pero no se muestra la alimentación anticipada) y forma parte de la salida Uq. De manera similar, una condición de generador que requiere o provoca un aumento de la velocidad de generador puede requerir una tensión de salida aumentada del convertidor de lado de red. Como otro ejemplo, en situaciones en las que el índice de modulación de la modulación de PWM está cerca del intervalo de sobremodulación (véase la explicación a continuación), pueden surgir condiciones en las que se requiere temporalmente sobremodulación para aumentar la tensión de salida.
La figura 2 también muestra un sistema de control 250 para hacer funcionar la turbina eólica, particularmente para controlar el convertidor de lado de red 204. El convertidor de lado de red 204 usa alguna variante de modulación por ancho de pulsos (PWM) para convertir la potencia de CC en potencia de CA. El sistema de control 250 se usa para controlar la modulación del convertidor de lado de red 204. Particularmente, el convertidor de lado de red 204 puede controlarse en un modo de modulación lineal y un modo de sobremodulación. Además, el sistema de control 250 se usa para controlar la tensión de CC del enlace de CC 250. Un ejemplo, del control de tensión se explica en relación con la figura 5.
La tensión de salida Uo del convertidor de lado de red es dependiente de la tensión de CC UDC y del factor de modulación. Por lo tanto, la tensión de CC establece un límite en la tensión de salida máxima Uo. En el modo de modulación lineal, el convertidor de lado de red se hace funcionar con un índice de modulación dentro de un intervalo de modulación lineal. En el intervalo de modulación lineal, la tensión de salida Uo aumenta linealmente con el factor de modulación hasta un factor de modulación lineal máximo. Al aumentar el factor de modulación más allá del factor de modulación lineal máximo en un intervalo de sobremodulación, la tensión de salida Uo puede aumentarse más allá de la amplitud de tensión máxima que puede lograrse en el modo de modulación lineal, pero a costa de armónicos de orden inferior en la tensión de salida Uo. Los armónicos de orden inferior conducen a la contaminación de red. Por consiguiente, el uso de sobremodulación puede no ser aceptable, por ejemplo, según los códigos de red. Sin embargo, el uso de sobremodulación puede ser aceptable durante períodos más cortos. La amplitud de tensión máxima se logra cuando la señal de tensión de salida Uo tiene la forma de una onda cuadrada. En este caso, el convertidor de lado de red 204 se hace funcionar en una operación de seis etapas o con una sobremodulación máxima.
Otra forma de aumentar la amplitud de tensión de salida Uo es aumentar la tensión de CC UDC del enlace de CC 205.
Un problema con el aumento de la tensión de enlace de CC es que el riesgo de una ruptura de los elementos de conmutación, por ejemplo, IGBT, debido a rayos cósmicos aumenta con la tensión de enlace de CC. La tensión de enlace de CC puede aumentarse, pero a costa de una vida útil reducida de los elementos de conmutación.
La figura 3A ilustra el método para hacer funcionar la turbina eólica 100 en respuesta a una condición de funcionamiento detectada que requiere un aumento de una tensión de salida Uo del convertidor de lado de red 204.
La condición de funcionamiento, por ejemplo, una alta velocidad de generador, puede detectarse por una función de monitorización 251 del sistema de control 250. La función de monitorización puede configurarse para medir o estimar la tensión de red Ug, la velocidad de generador u otra variable o parámetro de funcionamiento de la turbina eólica 100. En general, la función de monitorización monitoriza una señal de turbina eólica y basándose en la señal, se obtiene una señal o valor medido o estimado a partir del cual puede determinarse la presencia de una condición de funcionamiento específica.
La condición de funcionamiento se detecta en t1 y activa el inicio de un modo de sobremodulación en el que el convertidor de lado de red se hace funcionar con un índice de modulación Mi en un intervalo de sobremodulación 301 durante un período de tiempo predeterminado o variable, en este ejemplo entre t1 y t2. En este ejemplo, el índice de modulación máximo Mi en el intervalo lineal tiene el valor “uno” y los índices de sobremodulación tienen valores por encima de “uno”. Sin embargo, el límite entre la modulación lineal y la sobremodulación puede tener otros valores dependientes de cómo se define el índice de modulación.
Debido al aumento del índice de modulación Mi, la tensión de salida Uo aumenta a la tensión deseada Uo_d.
En este ejemplo, la tensión de referencia del enlace de CC durante el funcionamiento normal se establece en un valor que está un 5 % por encima de un valor mínimo Umín. El margen del 5 % proporciona una reserva de tensión de CC que puede usarse para ajustar la tensión de salida Uo, por ejemplo, mediante aumentos del índice de modulación Mi en el intervalo de modulación lineal. Además, la reserva de tensión proporciona margen para dinámica del control del convertidor de lado de red 204. El nivel de tensión de la reserva de tensión se controla por el sistema de control 250.
En este ejemplo, al mismo tiempo que se inicia el modo de sobremodulación, es decir, en el tiempo t1, el sistema de control 250 inicia un modo de control de tensión de CC 305, en este caso entre t1 y t4, en el que se controla la tensión de enlace de CC UDC. El control de la tensión de CC incluye un aumento inicial de la tensión de enlace de CC desde un primer nivel de tensión 302 (en este caso un 5% por encima de la nominal) hacia un segundo nivel de tensión 303 (en este caso un 10% por encima de la nominal). Con el fin de compensar el efecto del aumento de la tensión de enlace de CC en la tensión de salida Uo, el índice de modulación Mi puede disminuirse durante t1-t2. El índice de modulación Mi puede disminuirse al valor Mia que junto con el segundo nivel de tensión 303 genera la tensión de salida deseada Uo_d. El índice de modulación Mia puede estar por encima o preferiblemente por debajo del valor umbral de sobremodulación 1. Como resultado, la tensión de salida Uo es constante durante t1-t2.
En t2, el condensador de enlace de CC se ha cargado hasta el nivel de tensión de CC deseado (nivel del 10%) de modo que la tensión de salida deseada Uo puede lograrse únicamente basándose en el aumento de la tensión de enlace de CC. Por consiguiente, el modo de sobremodulación 306 se detiene en el tiempo t2. Si el índice de modulación Mi aún no se ha reducido al valor de modulación Mia deseado, el índice de modulación Mi puede cambiarse al valor Mia deseado en el intervalo de modulación lineal o posiblemente en el extremo inferior del intervalo de sobremodulación. Por lo tanto, como alternativa a detener el modo de sobremodulación, el índice de modulación Mi puede reducirse a un valor más bajo en el intervalo de sobremodulación, por ejemplo, un valor que es aceptable para un período de tiempo dado con respecto a la generación de contaminación de red debido a la generación de armónicos de orden bajo.
La reserva de tensión de enlace de CC aumentada se mantiene desde t2-t3. En t3, se detecta un cese de la condición de funcionamiento. Por consiguiente, la tensión de enlace de CC se reduce de vuelta a la reserva de tensión de enlace de CC al 5 %. Debido a la capacidad del condensador de enlace de CC, la descarga lleva algún tiempo y, por consiguiente, la tensión de salida Uo se reduce de vuelta al valor nominal durante un período de tiempo correspondiente.
Puede lograrse una reducción más rápida de la tensión de salida Uo aplicando una reducción rápida del índice de modulación Mi en t4, por ejemplo, aplicando una reducción gradual (o reducción rápida) del índice de modulación a un valor que es menor que el valor nominal del índice de modulación Mi0. Esto se ilustra mediante la línea de puntos 310 para el salto en el índice de modulación y la línea de puntos 311 para la tensión de salida Uo generada en respuesta al salto de índice de modulación 310 y la reducción de tensión de enlace de CC durante t3-t4.
El aumento de la tensión de enlace de CC durante el modo de ajuste de tensión de CC es relativamente bajo, de modo que la tensión de enlace de CCCC aumentada puede mantenerse durante un período de tiempo más largo sin provocar una reducción significativa de la vida útil esperada de los elementos de conmutación del convertidor de potencia 203, 204 debido a rayos cósmicos.
La aplicación simultánea de disminuir el índice de modulación en el intervalo de sobremodulación y aumentar la tensión de enlace de CC permite un aumento rápido de la tensión de salida Uo para que las condiciones de funcionamiento puedan abordarse de manera efectiva. Según el ejemplo de la figura 3A, el modo de sobremodulación y el modo de ajuste de tensión de CC tienen lugar simultáneamente durante el subperíodo común desde t1 hasta t2.
Sin embargo, no es necesario que el modo de sobremodulación y el modo de ajuste de tensión de CC se inicien al mismo tiempo, por ejemplo, en t1 como se muestra en la figura 3A. Por ejemplo, la iniciación del modo de ajuste de tensión de Cc podría retrasarse en relación con la iniciación del modo de sobremodulación.
El cambio del índice de modulación Mi del valor de sobremodulación a un índice de modulación normal o inferior puede realizarse dependiendo del nivel de tensión de enlace de CC obtenido durante la parte del modo de ajuste de tensión de CC donde se aumenta la tensión de CC.
El índice de modulación Mi podría cambiarse varias veces dependiendo de las medidas de la tensión de enlace de CC, por ejemplo, durante el aumento de la tensión de enlace de CC para adaptar el índice de modulación Mi al aumento gradual de la tensión de enlace de CC. Por lo tanto, el índice de modulación puede ajustarse una o más veces durante el modo de sobremodulación dependiendo de una tensión de enlace de Cc obtenida entre los niveles de tensión primero y segundo 302, 303.
La tensión de salida deseada Uo varía dependiendo de la cantidad de corriente reactiva suministrada o recibida por el convertidor de lado de red 204. Es decir, la caída de tensión sobre los inductores de salida 206 varía dependiendo de la corriente reactiva que fluye a través de los inductores 206, por lo tanto, para generar una tensión de red deseada Ug, puede ser necesario que se varíe la tensión de salida Uo de modo que la tensión de salida Ug en el lado de red de los inductores 206 satisfaga el nivel de tensión de red.
Por consiguiente, además de cambiar el índice de modulación dependiendo de un nivel de la tensión de enlace de CC UDC entre los niveles de tensión primero y segundo, el índice de modulación puede ajustarse dependiendo de variaciones de la tensión de salida deseada Uo.
Además, la tensión de enlace de CC UDC puede ajustarse durante el modo de ajuste de tensión de CC 305 dependiendo de variaciones de la tensión de salida deseada Uo, posiblemente de manera simultánea con ajustes del índice de modulación durante el modo de sobremodulación 306.
Aunque se denomina modo de sobremodulación 306 cuando el índice de modulación se establece normalmente en valores en el intervalo de sobremodulación, el índice de modulación también puede establecerse en valores en el intervalo de modulación lineal, al menos durante una parte de la duración del modo de sobremodulación 306.
El modo de sobremodulación 306 puede finalizarse mediante ajuste del índice de modulación Mi a un índice de modulación Mi más bajo, por ejemplo, de vuelta a un índice de modulación en el intervalo lineal, dependiendo de la tensión de enlace de CC entre los niveles de tensión primero y segundo. Por ejemplo, cuando la tensión de enlace de CC alcanza el segundo nivel de tensión 303, esto puede activar un cambio del índice de modulación, por ejemplo, como se ilustra en la figura 3A.
La duración del modo de sobremodulación 306 puede depender de la condición de funcionamiento detectada, por ejemplo, depender de la velocidad de rotación, el nivel de sobretensión de la tensión de red Ug u otro valor. Por ejemplo, una condición detectada particular puede establecer un período de tiempo predeterminado del modo de sobremodulación. Alternativamente, una condición detectada particular puede establecer una duración mínima o máxima del modo de sobremodulación de modo que la condición de funcionamiento detectada establece un período de tiempo variable del modo de sobremodulación con una posible duración mínima y/o máxima.
Dado que el nivel de la tensión de enlace de CC UDC y el período de tiempo que el enlace de CC tiene una determinada tensión tienen un impacto en la vida útil restante del convertidor de lado de red 204, la información sobre la vida útil restante estimado puede usarse para determinar cómo debe hacerse funcionar la turbina eólica 100.
La vida útil restante puede determinarse basándose en datos de tensión de enlace de CC acumulados que se obtienen basándose en una tensión de CC y datos de tiempo. Por ejemplo, como se ilustra en la figura 3B, los datos de tensión de enlace de CC acumulados 350 pueden obtenerse sumando o integrando las tensiones de enlace de CC durante el período de tiempo en el que la tensión de enlace de CC está dentro de un intervalo de tensión dado A 1 - A 5. Por ejemplo, un intervalo de tensión A 1 puede incluir tensiones de enlace de CC dentro de un intervalo desde el 5 % hasta el 10 % por encima del nivel del 0 % nominal, o un intervalo desde el 0 % hasta el 10 % con respecto al nivel de tensión nominal de la tensión de enlace de CC. Los datos acumulados agrupados en diferentes intervalos A 1 - A 5 pueden sumarse y usarse como base para determinar la vida útil restante con respecto a los rayos cósmicos. Los datos de tensión de CC acumulados se refieren a un tiempo acumulado en el que la tensión de CC está por encima de un nivel de tensión predeterminado, tal como el nivel de tensión del 0 % o el 5 %, o cuando la tensión de CC está dentro de diferentes intervalos A 1 - A 5.
Por ejemplo, si hay una vida útil restante limitada del convertidor de lado de red 204, puede ser ventajoso limitar el valor del segundo nivel de tensión 303 a una reserva de tensión más baja o limitar la duración máxima donde puede aplicarse una tensión de CC aumentada. En general, la vida útil restante o los datos de tensión de CC acumulados pueden usarse para determinar niveles de tensión del enlace de CC y/o duraciones máximas de una tensión de enlace de CC dada.
La figura 4 ilustra un ejemplo en el que la condición de funcionamiento detectada en t1 requiere un mayor aumento de la tensión de salida Uo, en este caso la tensión de salida Uo está destinada a aumentar a la tensión de salida deseada Uo_dH. La condición de funcionamiento puede ser una situación de sobretensión de la red en la que la tensión de red puede aumentar a, por ejemplo, un 20 % por encima de la tensión de red nominal.
Con el fin de generar la tensión de salida deseada Uo_dH tan pronto como se detecta la condición de funcionamiento en t1, el índice de modulación Mi se aumenta a un valor en el intervalo de sobremodulación. Al mismo tiempo, o posiblemente con retraso, se aumenta la tensión de enlace de CC. En t2, la tensión de enlace de CC alcanza la tensión de enlace de CC alta UH que se requiere para generar la tensión de salida deseada Uo_dH sin sobremodulación. La tensión de enlace de CC alta UH puede ser mayor que la reserva de tensión del 10% en la figura 3A. Por ejemplo, la UH puede ser un 20-30 % más alta que la tensión de enlace de CC nominal. El uso de la tensión de enlace de CC alta durante largos períodos tendrá un impacto significativo en los datos de tensión de enlace de CC acumulados 350 y la vida útil restante del convertidor de lado de red 204.
Por consiguiente, el uso de la tensión de enlace de CC alta se limita preferiblemente a un mínimo. Por otro lado, la sobremodulación también es problemática ya que puede generar contaminación de red no deseada.
Una solución al problema se ilustra en la figura 4. Después de t2, cuando la tensión de enlace de CC ha alcanzado el segundo nivel de tensión 303 u otro nivel de tensión de CC por encima del primer nivel de tensión, la tensión de enlace de CC UDC se disminuye y el índice de modulación Mi se aumenta en el intervalo de sobremodulación, posiblemente hasta la modulación de seis etapas.
La disminución de la tensión de enlace de CC UDC y el aumento del índice de modulación pueden iniciarse inmediatamente después del tiempo t2 o retrasarse un tiempo corto hasta el tiempo t3. La disminución de la tensión de enlace de CC UDC y el aumento del índice de modulación pueden comenzar en el mismo tiempo t2 o t3, o pueden comenzar en diferentes tiempos. Por lo tanto, el modo de sobremodulación posterior 401 en el que se aumenta el índice de modulación tiene lugar después de que el modo de sobremodulación inicial 306 se ha cambiado de vuelta a un modo de modulación lineal y la tensión de CC UDC ha alcanzado el segundo nivel de tensión 303 u otro alto nivel de tensión de CC.
Dado que la duración de la condición de funcionamiento puede no ser conocida y dado que la tensión de salida requerida Uo puede variar durante la condición de funcionamiento, la tasa de cambio concurrente de la tensión de enlace de CC UDC en disminución y el índice de modulación Mi en aumento pueden ajustarse durante el período de ajuste de t3 a t4.
La duración del modo de sobremodulación inicial 306 puede ser significativamente más corta que el modo de sobremodulación posterior 401. Por ejemplo, el modo de sobremodulación inicial 306 puede tener una duración de 20 ms, mientras que el modo de sobremodulación posterior 401 puede tener una duración en el intervalo de 0,1 segundo y hasta 10 segundos o más. Puede requerirse que la turbina eólica mantenga una conexión de red durante tiempos mucho más largos, por ejemplo, hasta media hora para sobretensión hasta el 116 % o el 125 % de la tensión de red nominal. Esto puede lograrse mediante el uso del modo de sobremodulación 401 durante el período de tiempo requerido.
La disminución simultánea de la tensión de enlace de CC UDC y el aumento del índice de modulación Mi, es decir, la tasa de cambios de estos, puede hacerse coincidir con el fin de lograr una tensión de salida deseada del convertidor de lado de red. Por ejemplo, la tasa de cambio del aumento del índice de modulación Mi puede adaptarse dependiendo de la tasa de cambio de la tensión de enlace de CC UDC para generar una tensión de salida constante Uo.
Se indica que la disminución de la tensión de enlace de CC UDC y el aumento del índice de modulación Mi pueden estar desplazados uno con respecto a otro, por ejemplo, de modo que la disminución inicial de la tensión de enlace de CC se inicia antes de comenzar el aumento del índice de modulación Mi, es decir, antes de iniciar el modo de sobremodulación 401. Por lo tanto, en general, al menos una parte de un período de disminución de la tensión de enlace de CC y al menos una parte de un período de aumento del índice de modulación Mi tienen lugar simultáneamente.
Después de que el índice de modulación Mi ha alcanzado un valor que genera la tensión de salida deseada Uo, el índice de modulación puede mantenerse a un valor constante o posiblemente ajustarse según los cambios de la tensión de red Ug o la tensión de salida deseada Uo_d, Uo_dH.
La tensión de enlace de CC UDC y el índice de modulación Mi pueden cambiarse linealmente durante el período de variación (en este caso desde t3 hasta t4) o incluir no linealmente una variación gradual.
Dado que la tensión de enlace de CC se reduce, el período en el que la tensión de enlace de CC es alta, por ejemplo, por encima del 10 % de la tensión nominal, el efecto negativo sobre la vida útil en el convertidor de lado de red se reduce en comparación con soluciones en las que la tensión de enlace de CC se mantiene a un nivel alto. De manera similar, dado que el índice de modulación se aumenta, el uso de una sobremodulación alta durante períodos más largos solo se produce cuando la condición de funcionamiento persiste durante períodos relativamente largos, es decir, períodos que son más largos que el período de cambio de la tensión de enlace de CC.
La figura 5 muestra el sistema de control de convertidor 501 para controlar la corriente reactiva Id y la corriente activa Iq generadas por el convertidor de lado de red 204 y, por consiguiente, la tensión de salida Uo. El sistema de control de convertidor 501, o componentes del mismo, puede formar parte del sistema de control 250. Alternativamente, el sistema de control de convertidor 501 puede recibir señales de control del sistema de control 250, tales como una referencia de tensión de enlace de CC UDCref y una señal de control de modulación Mx para el modulador por ancho de pulsos 505.
La corriente activa Iq se controla a través de la referencia de tensión UDCref para la tensión de enlace de CC UDC. El error entre la UDCref y la UDC se suministra al controlador 502 que puede ser uno de tipo PI u otro controlador adecuado y que genera la referencia de corriente activa Iqref. Iqref se compara con la corriente activa realmente producida Iq y la diferencia se suministra al controlador 503 que puede ser uno de tipo PI u otro controlador adecuado. El controlador 503 determina una salida de control de tensión Uq que se convierte por la unidad DQ/ a p del marco DQ al marco a p . La salida desde la unidad DQ/ a p se convierte por el modulador por ancho de pulsos PWM, 505 en una señal de modulación para el convertidor de lado de red 204.
La corriente reactiva Id se controla de una manera similar basándose en la referencia de corriente reactiva Idref, que puede recibirse desde un controlador de planta de energía (PPC) o un operador de red (TSO).
La referencia de tensión de enlace de CC UDCref se determina según las tensiones de enlace de CC deseadas como se ha explicado anteriormente, por ejemplo, el nivel del 5%, el nivel del 10 %, el nivel de UH, otros niveles y los aumentos y reducciones de la tensión de enlace de CC deseada. Por consiguiente, una referencia de tensión de enlace de Cc UDCref aumentada conduce a una referencia Uq aumentada y, por lo tanto, una tensión de salida Uo aumentada debido al aumento de la tensión de enlace de CC UDC.
El índice de modulación Mi del modulador 505 puede controlarse a través de la entrada de modulación 506 mediante una señal de control de modulación Mx generada por el sistema de control 250.

Claims (12)

  1. REIVINDICACIONES
    i. Método para hacer funcionar una turbina eólica (100) que comprende un generador de potencia (201), un convertidor de lado de generador (203), un convertidor de lado de red (204), un enlace de CC conectado eléctricamente a una salida del convertidor de lado de generador y una entrada del convertidor de lado de red, el método comprende
    - monitorizar una señal de turbina eólica para detección de una condición de funcionamiento que requiere un aumento de una tensión de salida (Uo) del convertidor de lado de red,
    - tras la detección de la condición de funcionamiento, iniciar un modo de sobremodulación (306) en el que el convertidor de lado de red se hace funcionar con un índice de modulación (Mi) en un intervalo de sobremodulación (301),
    - tras la detección de la condición de funcionamiento, iniciar un modo de ajuste de tensión de CC (305) en el que una tensión de CC (UDC) del enlace de CC se aumenta desde un primer nivel de tensión (302) hacia un segundo nivel de tensión (303),
    - el índice de modulación se disminuye al menos durante un subperíodo (t1-t2) del modo de sobremodulación (306), y en el que la tensión de CC se aumenta al menos durante un subperíodo (t1-t2) del modo de ajuste de tensión de CC (305), y
    - una tasa de cambio de la disminución del índice de modulación y una tasa de cambio del aumento de la tensión de CC (UDC) se hacen coincidir para lograr una tensión de salida deseada (Uo_d) del convertidor de lado de red.
  2. 2. Método según la reivindicación 1, en el que al menos un subperíodo del modo de sobremodulación y un subperíodo del modo de ajuste de tensión de CC tienen lugar simultáneamente.
  3. 3. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende cambiar el índice de modulación dependiendo de un nivel de la tensión de CC entre los niveles de tensión primero y segundo.
  4. 4. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende cambiar el modo de sobremodulación de vuelta a un modo de modulación lineal dependiendo de la tensión de CC entre los niveles de tensión primero y segundo.
  5. 5. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el primer nivel de tensión está en un intervalo desde 3 hasta 10 por ciento por encima de una tensión de CC mínima.
  6. 6. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el convertidor de lado de red se hace funcionar con un índice de modulación en un intervalo de sobremodulación durante un período de tiempo predeterminado o variable, y en el que el período de tiempo predeterminado o variable es dependiente de la condición de funcionamiento detectada.
  7. 7. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende obtener datos de tensión de CC acumulados basándose en la tensión de CC (UDC) y datos de tiempo, en el que los datos de tensión de CC acumulados se refieren a un tiempo acumulado en el que la tensión de CC está por encima de un nivel de tensión predeterminado.
  8. 8. Método según la reivindicación 7, que comprende determinar el segundo nivel de tensión y/o una duración máxima de aplicación de la tensión de CC aumentada basándose en los datos de tensión de CC acumulados.
  9. 9. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende, después de que la tensión de CC ha alcanzado el segundo nivel de tensión, disminuir la tensión de CC y aumentar el índice de modulación.
  10. 10. Método según la reivindicación 9, en el que el aumento del índice de modulación tiene lugar después de que el modo de sobremodulación se ha cambiado de vuelta a un modo de modulación lineal y la tensión de Cc ha alcanzado el segundo nivel de tensión.
  11. 11. Método según cualquiera de las reivindicaciones 9-10, en el que una tasa de cambio de la disminución de la tensión de CC y una tasa de cambio del aumento del índice de modulación se hacen coincidir para lograr una tensión de salida deseada del convertidor de lado de red.
  12. 12. Método según cualquiera de las reivindicaciones 9-11, en el que al menos una parte de un período de disminución de la tensión de CC y al menos una parte de un período de aumento del índice de modulación tienen lugar simultáneamente.
    Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la condición de funcionamiento detectada es una de una situación de sobretensión en la que la tensión de red está por encima de un nivel de tensión nominal, una recuperación desde una situación de subtensión en la que las tensiones de red aumentan desde una tensión baja hasta el nivel de tensión nominal, una condición de generador en la que se requiere una tensión de salida aumentada del convertidor de lado de red debido a un aumento requerido de la velocidad de generador, o una condición de generador en la que se requiere temporalmente sobremodulación en situaciones en las que el índice de modulación está cerca del intervalo de sobremodulación.
    Sistema de control (250) para hacer funcionar una turbina eólica (100), la turbina eólica comprende un generador de potencia (201), un convertidor de lado de generador (203), un convertidor de lado de red (204), un enlace de CC conectado eléctricamente a una salida del convertidor de lado de generador y una entrada del convertidor de lado de red, el sistema de control está dispuesto para
    - monitorizar una señal de turbina eólica para detección de una determinada condición de funcionamiento que requiere un aumento de una tensión de salida (Uo) del convertidor de lado de red, y
    - tras la detección de la condición de funcionamiento, iniciar un modo de sobremodulación (306) en el que el convertidor de lado de red se hace funcionar con un índice de modulación (Mi) en un intervalo de sobremodulación, y
    - tras la detección de la condición de funcionamiento, iniciar un modo de ajuste de tensión de CC (305) en el que una tensión de CC (UDC) del enlace de CC se aumenta desde un primer nivel de tensión (302) hacia un segundo nivel de tensión (303), el sistema de control (250) está configurado además para
    - disminuir el índice de modulación (Mi) al menos durante un subperíodo (t1-t2) del modo de sobremodulación (306), y aumentar la tensión de CC (UDC) al menos durante un subperíodo (t1-t2) del modo de ajuste de tensión de CC, y
    - hacer coincidir una tasa de cambio de la disminución del índice de modulación (Mi) y una tasa de cambio del aumento de la tensión de CC (UDC) para lograr una tensión de salida deseada (Uo_d) del convertidor de lado de red.
    Turbina eólica que comprende un sistema de control según la reivindicación 14.
ES18821694T 2017-12-22 2018-12-06 Turbina eólica con reserva de tensión de CC reducida Active ES2917206T3 (es)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DKPA201771013 2017-12-22
PCT/DK2018/050329 WO2019120406A1 (en) 2017-12-22 2018-12-06 Wind turbine with reduced dc-voltage reserve

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2917206T3 true ES2917206T3 (es) 2022-07-07

Family

ID=66994440

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES18821694T Active ES2917206T3 (es) 2017-12-22 2018-12-06 Turbina eólica con reserva de tensión de CC reducida

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11611290B2 (es)
EP (1) EP3729632B1 (es)
CN (1) CN111512535B (es)
ES (1) ES2917206T3 (es)
WO (1) WO2019120406A1 (es)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3729632B1 (en) 2017-12-22 2022-05-18 Vestas Wind Systems A/S Wind turbine with reduced dc-voltage reserve
WO2021160699A1 (en) * 2020-02-13 2021-08-19 Wobben Properties Gmbh Method for controlling an electric generator of a wind turbine

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS56150997A (en) * 1980-04-22 1981-11-21 Fuji Electric Co Ltd Preventing circuit for damping of alternating current motor controlling system
JP3655077B2 (ja) * 1998-01-29 2005-06-02 東芝エフエーシステムエンジニアリング株式会社 電源装置
US6631080B2 (en) * 2001-06-06 2003-10-07 Hybrid Power Generation Systems Llc Systems and methods for boosting DC link voltage in turbine generators
US7176648B2 (en) 2004-05-18 2007-02-13 Husky Injection Molding Systems Ltd. Energy management apparatus and method for injection molding systems
JP4942143B2 (ja) 2005-12-15 2012-05-30 東芝三菱電機産業システム株式会社 インバータ装置及びその過電圧保護方法
CN101383576B (zh) * 2008-10-28 2010-12-29 华北电力大学（保定） 一种大型风力发电机组穿越电网低电压故障的方法
CN101521465A (zh) * 2009-03-26 2009-09-02 上海大学 直接ac-ac电力电子功率变换器及其控制方法
US9124140B2 (en) * 2009-04-01 2015-09-01 The Board Of Trustees Of The University Of Alabama Intelligent power converter control for grid integration of renewable energies
JP2011009085A (ja) * 2009-06-25 2011-01-13 Panasonic Electric Works Co Ltd 点灯装置およびそれを用いた照明器具
US9478987B2 (en) * 2009-11-10 2016-10-25 Siemens Aktiengesellschaft Power oscillation damping employing a full or partial conversion wind turbine
CN101710713B (zh) * 2009-12-29 2012-02-29 浙江大学 一种联网型双馈异步风力发电机定开关频率的直接功率控制方法
CN101753044B (zh) * 2010-01-26 2012-06-27 北方工业大学 一种基于零序电压注入的三电平中点电位平衡控制方法
US8013461B2 (en) 2010-06-22 2011-09-06 General Electric Company Power conversion system and method for a rotary power generation system
WO2011160643A2 (en) 2010-06-25 2011-12-29 Vestas Wind Systems A/S A wind turbine and a method of operating a wind turbine
ES2550506T3 (es) * 2010-08-18 2015-11-10 Vestas Wind Systems A/S Método de control de un convertidor de lado de red de una turbina eólica y sistema adecuado para el mismo
EP2655871B1 (en) 2010-12-23 2016-03-09 Vestas Wind Systems A/S A method of operating a wind turbine as well as a system suitable therefore
EP2546969A1 (en) * 2011-07-14 2013-01-16 Siemens Aktiengesellschaft Method for controlling a frequency converter and frequency converter
CN103050991B (zh) * 2012-05-30 2015-07-22 合肥工业大学 双馈风力发电机低电压穿越控制系统
CN102801183A (zh) * 2012-08-24 2012-11-28 南京航空航天大学 一种电励磁风力发电系统低电压穿越控制方法
DE102014209332A1 (de) * 2014-05-16 2015-11-19 Senvion Gmbh Windenergieanlage mit verbessertem Überspannungsschutz
US9590500B2 (en) * 2014-12-10 2017-03-07 Richwave Technology Corp. Voltage generator
CN105375523B (zh) 2015-12-03 2018-02-02 科诺伟业风能设备（北京）有限公司 一种风电全功率变流器高电压穿越控制方法
US20170298904A1 (en) * 2016-04-18 2017-10-19 Siemens Aktiengesellschaft Method for responding to a grid event
EP3729632B1 (en) 2017-12-22 2022-05-18 Vestas Wind Systems A/S Wind turbine with reduced dc-voltage reserve

Also Published As

Publication number Publication date
US20200350834A1 (en) 2020-11-05
US11611290B2 (en) 2023-03-21
EP3729632B1 (en) 2022-05-18
CN111512535A (zh) 2020-08-07
EP3729632A1 (en) 2020-10-28
WO2019120406A1 (en) 2019-06-27
CN111512535B (zh) 2023-09-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2947567T3 (es) Sistema de generación de energía de aerogenerador
ES2739075T3 (es) Generación de potencia auxiliar para un aerogenerador
RU2516381C2 (ru) Способ работы ветровой энергетической установки
US8093742B2 (en) Method for operating a power dissipating unit in a wind turbine
ES2959959T3 (es) Control de un aerogenerador durante un periodo de protección de sobretensión
EP2875238B1 (en) A method of operating a wind turbine as well as a system suitable thereof
ES2407678T3 (es) Procedimiento de control del par de torsión de un generador
ES2790835T3 (es) Potencia de variación en una turbina eólica usando planificación de ganancia
ES2917206T3 (es) Turbina eólica con reserva de tensión de CC reducida
US11962262B2 (en) Wind turbine with virtual synchronous generator and DC link control
ES2945319T3 (es) Procedimiento de control de un generador de turbina eólica
ES2947384T3 (es) Corriente de conmutación controlada de un cambiador de tomas en carga de un aerogenerador
US10273938B2 (en) Ramping power in a wind turbine dependent on an estimated available wind power
ES2547637T3 (es) Turbina eólica variable con unidad de disipación de potencia; método para hacer funcionar una unidad de disipación de potencia en una turbina eólica
US9347434B2 (en) Wind turbine and a method of operating thereof
JP2003333752A (ja) 二次電池を備えた風力発電装置
ES2944320T3 (es) Procedimiento de control para proteger transformadores
ES2949427T3 (es) Procedimiento de control para proteger devanados primarios de transformadores de turbina eólica