ES2923638T3

ES2923638T3 - Aerogenerador con medición de frecuencia

Info

Publication number: ES2923638T3
Application number: ES14708240T
Authority: ES
Inventors: Roman Bluhm
Original assignee: Siemens Gamesa Renewable Energy Service GmbH
Current assignee: Siemens Gamesa Renewable Energy Service GmbH
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2014-03-04
Publication date: 2022-09-29
Anticipated expiration: 2034-03-04
Also published as: US10458392B2; CN105518293B; CN105518293A; EP2971757A1; WO2014139838A1; DE102013204600A1; EP2971757B1; US20160040652A1; DK2971757T3

Abstract

La invención se refiere a un método para controlar un aerogenerador, que está conectado a una red eléctrica (10) y detecta una frecuencia de red presente en la red, donde la salida de potencia es controlada por un controlador (20) en función de la frecuencia de red. , y que desconecta la alimentación de energía a la red eléctrica, en particular cuando se excede un límite de frecuencia de la red, donde se detecta un cambio en la frecuencia de la red a lo largo del tiempo, se determina una tasa de cambio, la tasa de cambio se compara con una tasa límite de cambio, y se usa un valor de frecuencia modificado para el control de la potencia de salida si se excede el límite de tasa de cambio. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Aerogenerador con medición de frecuencia

La invención se refiere a un procedimiento para controlar un aerogenerador que está conectado a una red eléctrica, registra una frecuencia de red presente en la red y en el que la potencia suministrada se regula dependiendo de la frecuencia de red mediante un control, en particular, cuando se supera un valor límite de una frecuencia de red, desconecta la alimentación de potencia a la red eléctrica.

En el caso de los aerogeneradores la potencia emitida del aerogenerador debe variarse en el caso de variación de frecuencia en la red. A este respecto puede requerirse reducir la potencia cuando aumenta la frecuencia. Se sabe también cómo hacer funcionar el aerogenerador estrangulado para poder aumentar la potencia en caso de una caída de la frecuencia. En el caso de sucesos de frecuencia extremos en la red, la potencia debe reducirse a cero o la instalación debe separarse de la red.

Los procedimientos de este tipo se conocen por ejemplo por el documento DE 100 22974 A1, el EP 1790 850 o el WO 2010/000648 A2.

En el documento US 2011/0153099 A1 y el US 2012/0104756 A1 se describe en cada caso cómo modificar la potencia suministrada de un aerogenerador tomando como base la tasa de variación de la frecuencia de red. Por el documento US 2011/0109086 A1 se conoce además cómo variar la potencia suministrada tomando como base la tasa de variación de la frecuencia de red y la desviación absoluta de la frecuencia de red de la frecuencia nominal.

Esta regulación se exige dado que las variaciones en la frecuencia de red en general se basan en alteraciones del equilibrio de generación y consumo en la red. Sin embargo hay una pluralidad de sucesos de red que no tienen ninguna influencia en este equilibrio pero que dentro de la medición de red se perciben como alteraciones de frecuencia de red considerables. Por ejemplo, los saltos de fase en el caso de acciones de conmutación en la red pueden variar el tiempo entre dos pasos por cero, de modo que la medición de red registra esto como un salto de frecuencia repentino.

Los aerogeneradores debido a los exigentes requisitos de los explotadores de red reaccionan a sucesos de este tipo con súbitas y considerables variaciones de potencia que en caso extremo incluyen también una desconexión de la alimentación de potencia. Estas variaciones de potencia llevan a su vez a variaciones de frecuencia y deben regularse por los operadores de red. Por lo tanto, los sucesos de este tipo no son deseables.

El objetivo de la presente invención es evitar las desventajas anteriores, detectar mejor las variaciones en la frecuencia de red y hacer que el aerogenerador reaccione mejor a sucesos en la red eléctrica.

La solución según la invención se encuentra en un procedimiento y un dispositivo según las características de las reivindicaciones independientes, los perfeccionamientos ventajosos son objeto de las reivindicaciones dependientes.

Según la invención se procede de modo que en el caso de un aerogenerador que está conectado a una red eléctrica, registra una frecuencia de red presente en la red y en el que la potencia suministrada se regula dependiendo de la frecuencia de red mediante un control y en particular cuando se supera un valor límite de una frecuencia de red desconecta la alimentación de potencia a la red eléctrica, se registra una variación de la frecuencia de red en el tiempo, se determina una tasa de variación y la tasa de variación se compara con un valor límite de tasa de variación, y si se supera el valor límite de tasa de variación se utiliza un valor de frecuencia modificado para la regulación de la potencia suministrada, en donde el valor de frecuencia modificado con respecto al valor de frecuencia no modificado presenta una tasa de variación menor.

La invención ha reconocido que la valoración de la tensión de red, en particular de los flancos positivos de un paso por cero, en procesos de conexión y errores en la red lleva a mediciones erróneas y como consecuencia la regulación del aerogenerador reacciona erróneamente debido a la medición errónea. La reacción lleva a que el aerogenerador varía intensamente su alimentación de potencia, es decir, en caso de sobrefrecuencia la reduce intensamente o en caso de subfrecuencia la aumenta intensamente (siempre que haya disponibles reservas de potencia) y con ello activa o empeora oscilaciones en la frecuencia. En caso extremo no se alimenta potencia alguna. La potencia de generación falla por tanto repentinamente en el equilibrio de la red eléctrica. Estas oscilaciones deben compensarse mediante intervenciones de regulación de centrales eléctricas convencionales.

La invención a este respecto comienza en el punto en el que la regulación no compensa su propio fallo sino que modifica la magnitud medida. A este respecto la tasa de variación de la frecuencia en el tiempo se registra y se compara con un valor límite de tasa de variación técnicamente útil para la tasa de variación. El valor de medición de la frecuencia de red como magnitud de entrada para el regulador de la energía eólica se limita en caso de superarse el valor límite de tasa de variación a un valor de frecuencia modificado con respecto a la frecuencia de red medida. Este puede ser preferiblemente el valor durante o antes de la entrada de la variación más el valor límite de tasa de variación multiplicado por el tiempo desde la entrada de la variación de frecuencia. La desviación del valor de frecuencia modificado se desvía por tanto menos del valor de frecuencia medido anteriormente. Si el valor límite de tasa de variación no se sobrepasa entonces la frecuencia de red medida se utiliza para la regulación de la potencia suministrada.

Este procedimiento deja al margen mediciones erróneas de la frecuencia tal como se provocan por ejemplo mediante saltos de fase y obtiene al mismo tiempo una elevada dinámica del regulador dado que se evita la formación de promedios o partes integrales en el circuito de regulación. Tampoco se ignoran por completo mediciones erróneas y en correspondencia con reacciones conocidas de centrales eléctricas convencionales se realiza una variación moderada de la alimentación de potencia, en particular ya no se realiza ninguna desconexión repentina.

Preferiblemente a este respecto el procedimiento debe aplicarse de modo que el valor de frecuencia modificado se calcule con ayuda de un valor de aumento o de una función de aumento. El valor límite de tasa de variación y/o el valor de aumento puede seleccionarse a este respecto de tal modo que se sitúe en el intervalo de la tasa de modificación de frecuencia máxima de la red eléctrica. Esta tasa de modificación de frecuencia se sitúa en particular en el intervalo de 3 a 15 Hz/s. Las tasas de modificación de este tipo ocurren en el caso de generadores síncronos acoplados a la red de centrales térmicas convencionales.

Puede estar previsto adicionalmente que el empleo del valor de frecuencia modificado se limite en el tiempo. Esto es especialmente útil dado que después del transcurso de un tiempo determinado debe partirse del hecho de que mediante procesos transitorios discontinuos en la red ya no persiste ninguna repercusión en la medición de frecuencia de red sino que se presenta la frecuencia medida realmente y la medición ya no es propensa a fallos. Preferiblemente este tiempo se sitúa en el intervalo de 20 a 100 ms, de manera especialmente preferida en el intervalo de 20-50 ms. En particular puede estar previsto adicionalmente que después del transcurso del tiempo predeterminable el valor de frecuencia variado se vuelva a llevar de forma suave al valor límite medido. Por “suave” se entiende en este sentido que no se conmuta de manera discontinua al valor de frecuencia medido no modificado, sino que el valor de frecuencia modificado se aproxima al no modificado por ejemplo a través de una función de rampa. En un perfeccionamiento preferido está previsto que adicionalmente a la frecuencia de red se mida la altura de la tensión de red presente en la red y el valor de frecuencia no se modifique mientras no se supere un valor límite de tensión predeterminado más allá del valor límite al mismo tiempo que la modificación de la frecuencia de red. Por valor límite de tensión puede entenderse en este sentido tanto la altura de la tensión como el aumento de la tensión a lo largo del tiempo. Mediante la comparación de la altura de la tensión de red con un valor límite se registran procesos transitorios en la tensión y por consiguiente los fallos de red de otros procesos, como por ejemplo saltos de fase. Mediante este control de plausibilidad adicional de la medición de frecuencia, la seguridad de la detección de fallos se aumenta adicionalmente.

En un perfeccionamiento preferido está previsto que la frecuencia del intervalo de tiempo de los pasos por cero de la tensión pueda determinarse tanto con pendiente positiva como con pendiente negativa, y en particular, que la frecuencia pueda determinarse a partir de la evolución de la tensión de las tres fases. Las dos medidas anteriores para mejorar la medición de frecuencia no se conocían anteriormente. En el caso del aerogenerador son especialmente ventajosas dado que la frecuencia por consiguiente se mide más a menudo y mejor.

La medición en las tres fases puede utilizarse asimismo para pruebas de plausibilidad de modo que las dimensiones muy diferentes en una fase individual no se consideren fallos de medición y por consiguiente no se emitan. La medición de la frecuencia puede perfeccionarse también de tal modo que en caso de una mala calidad de señal en una o dos fases la frecuencia para estas fases se calcule a partir de las fases con calidad de señal suficientemente buena. La invención se refiere además a un aerogenerador correspondiente para la realización del procedimiento.

La invención se describe a continuación a modo de ejemplo con referencia a los dibujos adjuntos mediante una forma de realización ventajosa. Con respecto a todos los detalles según la invención no explicados en detalle en el texto se remite expresamente a los dibujos. Muestran:

la figura 1: un aerogenerador y

la figura 2: el regulador convertidor según la invención.

La estructura del aerogenerador se explica brevemente mediante la figura 1. El rotor eólico 2 del aerogenerador 1 se pone a girar debido al viento. El rotor eólico 2 puede estar conectado a este respecto mecánicamente a través de un engranaje 3 con el generador 4 y pone a girar el rotor 6 del generador 4. El estator 5 del generador está conectado a través de un cable conductor a un convertidor 7 que de nuevo asimismo está conectado a la red eléctrica 10 a través de cables para energía eléctrica en la torre 14, un transformador 8 y un disyuntor 9. Entre convertidor 7 y red eléctrica 10 se mide la tensión o su evolución mediante un dispositivo 21 de medición de tensión. La disposición exacta del dispositivo 21 de medición de tensión puede seleccionarse a este respecto según las necesidades técnicas adicionales. En la figura 1 el dispositivo 21 de medición de tensión se encuentra en el lado de alta tensión del transformador 8.

A partir de la evolución de la tensión medida en el punto 21 de medición en un módulo 25 de valoración de frecuencia se determina una frecuencia y se emite al control 20. Cuando se presenta una variación de frecuencia en la red eléctrica 10 la potencia suministrada del aerogenerador varía. A este respecto mediante la regulación el ángulo de ataque de las palas de rotor y/o mediante la regulación del momento de torsión del generador, en función del punto de trabajo del aerogenerador antes de la variación de frecuencia, puede aumentarse o reducirse la potencia después o durante la variación de frecuencia.

En general la altura y el tipo de la variación de potencia se fija con respecto a la desviación de la frecuencia real de la frecuencia nominal mediante el operador de la red eléctrica conectada.

La figura 2 muestra la estructura de la regulación según la invención de manera más exacta.

Por ejemplo la evolución de la tensión de la tensión eléctrica se mide mediante el equipo 21 de medición de tensión y la evolución de la tensión de al menos una fase se trasmite al módulo 25 de valoración de frecuencia. Dentro del módulo 25 de valoración de frecuencia la frecuencia se obtiene a partir de los intervalos de tiempo de los pasos por cero de la evolución de la tensión en un módulo 22 de determinación de frecuencia y se emite a un módulo 23 de aumento. El módulo 23 de aumento determina mediante valores límite predeterminados el aumento del valor de frecuencia anterior al valor de frecuencia actual. Adicionalmente o como alternativa el módulo de aumento 23 puede estar configurado también de modo que obtiene el aumento frente a varios valores de frecuencia en el pasado y los compara con uno o distintos valores límite.

Si no se superara ningún valor límite, el módulo 23 de aumento emite al control 20 el valor de frecuencia no limitado que, emite al convertidor 14 valores teóricos de momento de torsión modificados dado el caso, en correspondencia con su parametrización interna, emite nuevas especificaciones de ángulo de pala al equipo de ajuste de pala (no mostrado) o desconecta la alimentación de potencia del aerogenerador 1 al abrirse el disyuntor 9 y/o controlarse el convertidor 7 de manera correspondiente.

Si el módulo de aumento constatara una superación de valor límite, transmite el valor de frecuencia a un módulo 24 de limitación que tomando como base un valor de aumento máximo o una función de aumento y el valor de frecuencia anterior calcula un valor de frecuencia limitado, nuevo y lo emite al control 20.

Un módulo 26 de plausibilidad mide el tiempo y sobremodula el desvío del valor de frecuencia del módulo 23 de aumento hacia el módulo 24 de limitación, cuando la desviación supera un tiempo predeterminado o mientras que al mismo tiempo la tensión en la red eléctrica no sobrepase un valor límite de tensión de tal modo que el valor de frecuencia averiguado por el módulo 22 de determinación de frecuencia se emita desde el módulo 23 de aumento directamente al control.

Claims

REIVINDICACIONES

i. Procedimiento para controlar un aerogenerador que está conectado a una red eléctrica (10), registra una frecuencia de red presente en la red y en el que la potencia suministrada se regula dependiendo de la frecuencia de red mediante un control (20), y en particular al superar un valor límite de una frecuencia de red desconecta la alimentación de potencia a la red eléctrica, en donde una variación de la frecuencia de red se registra en el tiempo, determina una tasa de variación y la tasa de variación se compara con un valor límite de tasa de variación,

caracterizado por que

cuando se supera el valor límite de tasa de variación se utiliza un valor de frecuencia modificado para la regulación de la potencia suministrada, en donde el valor de frecuencia modificado con respecto al valor de frecuencia no modificado presenta una tasa de variación menor.
2. Procedimiento para controlar un aerogenerador según la reivindicación 1, caracterizado por que el valor de frecuencia modificado se calcula con ayuda de un valor de aumento o de una función de aumento.
3. Procedimiento para controlar un aerogenerador según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que el valor límite de tasa de variación y/o el valor de aumento se selecciona de tal modo que se sitúa en el intervalo de la tasa de variación de frecuencia máxima de la red eléctrica, en particular en el intervalo de 3 a 15 Hz/s.
4. Procedimiento para controlar un aerogenerador según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el uso del valor de frecuencia modificado se limita en el tiempo, y en particular después del transcurso de un tiempo predeterminable el valor de frecuencia modificado se vuelve a llevar al valor límite medido.
5. Procedimiento para controlar un aerogenerador según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que adicionalmente a la frecuencia de red se mide la tensión de red presente en la red y el valor de frecuencia no se modifica siempre y cuando no se supere un valor límite de tensión al mismo tiempo que la variación de la frecuencia de red.
6. Procedimiento para controlar un aerogenerador según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la frecuencia se determina a partir de la distancia en el tiempo de los pasos por cero de la tensión tanto con pendiente positiva como con pendiente negativa.
7. Procedimiento para controlar un aerogenerador según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la frecuencia se determina a partir de la evolución de la tensión de las tres fases.
8. Aerogenerador con un generador (4) accionado por un rotor eólico (2) para emitir potencia eléctrica, un convertidor (7) para convertir al menos una parte de la potencia emitida por el generador (4), un módulo (25) de registro de frecuencia para registrar una frecuencia presente en una red eléctrica (10) conectada y emitir la frecuencia registrada a un control (20) que dependiendo de la frecuencia registrada regula la potencia suministrada del aerogenerador, en donde el módulo (25) de registro de frecuencia comprende un módulo (23) de aumento para determinar la tasa de variación de la frecuencia registrada en el tiempo y una comparación con un valor límite de tasa de variación,

caracterizado por que

el módulo (25) de registro de frecuencia comprende adicionalmente un módulo (24) de limitación que está configurado para obtener un valor de frecuencia modificado cuando se supera el valor límite de tasa de variación en el módulo de aumento y emitirlo al control (20), en donde el valor de frecuencia modificado presenta con respecto al valor de frecuencia no modificado una tasa de variación menor.
9. Aerogenerador según la reivindicación 8, caracterizado por que en el módulo (24) de limitación está almacenado un valor de aumento predeterminado o una función de aumento predeterminada con cuya ayuda se calcula el valor de frecuencia modificado.
10. Aerogenerador según la reivindicación 8 o 9, caracterizado por que el valor límite de tasa de variación y/o el valor de aumento se selecciona de tal modo que se sitúa en el intervalo de la tasa de variación de frecuencia máxima de la red eléctrica, en particular en el intervalo de 3 a 15 Hz/s.
11. Aerogenerador según una de las reivindicaciones 8 a 10, caracterizado por que el módulo (25) de registro de frecuencia comprende un módulo (26) de plausibilidad que está configurado para sobremodular la emisión del valor de frecuencia modificado de tal modo que la frecuencia registrada se emite al control.
12. Aerogenerador según la reivindicación 11, caracterizado por que el módulo (26) de plausibilidad efectúa la sobremodulación dependiendo de un tiempo transcurrido desde el comienzo del aumento de frecuencia y/o de un valor límite de tensión.