ES2926333T3 - Procedimiento y sistema para mejorar la producción de potencia eléctrica por un sistema de generación de potencia - Google Patents

Procedimiento y sistema para mejorar la producción de potencia eléctrica por un sistema de generación de potencia Download PDF

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Abstract

Se presenta un sistema de generación de energía (100, 200, 300, 400). El sistema de generación de energía incluye un motor primario (102), un generador de inducción doblemente alimentado (DFIG) (104) que tiene un devanado de rotor (126) y un devanado de estator (122), un convertidor del lado del rotor (106), una línea -convertidor lateral (108), y una fuente de alimentación secundaria (110, 401) acoplada eléctricamente a un enlace de CC (128). Además, el sistema de generación de energía incluye un subsistema de control (112, 212, 312) que tiene un controlador y una pluralidad de elementos de conmutación (130 y 132 o 201). El controlador está configurado para controlar selectivamente la conmutación de uno o más elementos de conmutación (130 y 132 o 201) en función de un valor de un parámetro operativo correspondiente a al menos uno de los principales motores, DFIG o fuente de alimentación secundaria para conectar el convertidor del lado del rotor en paralelo al convertidor del lado de la línea para aumentar la producción de energía eléctrica por el sistema de generación de energía. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento y sistema para mejorar la producción de potencia eléctrica por un sistema de generación de potencia
Antecedentes
[0001] Los modos de realización de la presente memoria descriptiva se refieren, en general, a un sistema de generación de potencia y, en particular, a un procedimiento y sistema para mejorar la producción de energía por el sistema de generación de potencia.
[0002] Algunos sistemas híbridos de generación de potencia actualmente disponibles emplean un generador de inducción doblemente alimentado (“doubly-fed induction generator”) (DFIG), fuentes de potencia tal como una fuerza motriz (por ejemplo, una turbina eólica) y una fuente de alimentación auxiliar (por ejemplo, una fuente de alimentación fotovoltaica (PV)). En algunas configuraciones de un sistema híbrido de generación de potencia, la fuente de alimentación secundaria se acopla al DFIG por medio de uno o más convertidores de potencia. Durante el funcionamiento del sistema híbrido de generación de potencia, la potencia eléctrica puede ser generada por uno o ambos del DFIG y la fuente de alimentación secundaria. La potencia eléctrica así generada puede suministrarse a cargas eléctricas y/o a una red eléctrica acoplada al sistema híbrido de generación de potencia.
[0003] En determinados casos, la evacuación de la potencia eléctrica generada por la fuente de alimentación auxiliar está limitada por parámetros que incluyen, pero sin limitarse a, una potencia nominal del (de los) convertidor(es) de potencia y/o una potencia de deslizamiento (“slip power”) del DFIG. En determinados casos, aunque la potencia eléctrica generada por el DFIG sea baja y la potencia eléctrica generada por la fuente de alimentación auxiliar esté dentro de la capacidad nominal del convertidor, solo una cantidad limitada de la potencia eléctrica generada por la fuente de alimentación auxiliar puede ser evacuada. En consecuencia, se restringe el exceso de potencia eléctrica generada por la fuente de alimentación auxiliar si no hay capacidad de almacenamiento de energía en el sistema híbrido de generación de potencia.
[0004] Dicha evacuación limitada de la potencia eléctrica generada por la potencia auxiliar da lugar al malgasto de potencia eléctrica y a una producción de potencia eléctrica reducida por el sistema híbrido de generación de potencia. Además, la limitación impuesta por el o los convertidores de potencia y la potencia de deslizamiento del DFIG limita en gran medida la capacidad de integración de la potencia eléctrica procedente de la fuente de alimentación auxiliar, tal como la fuente de alimentación PV. En consecuencia, la potencia eléctrica generada por el sistema de generación de potencia es limitada.
[0005] El documento US2016/118786A1 describe procedimientos para hacer funcionar un sistema de turbina eólica que tiene un freno dinámico. En la redacción de las reivindicaciones, dicho documento describe un sistema de generación de potencia, que comprende una fuerza motriz; un generador de inducción doblemente alimentado DFIG acoplado operativamente a la fuerza motriz, en el que el DFIG comprende un devanado de rotor y un devanado de estátor; un convertidor de lado de rotor conectable eléctricamente al devanado de rotor; un convertidor de lado de línea conectable eléctricamente a un punto de acoplamiento común, PCC, en el que el convertidor de lado de línea y el convertidor de lado de rotor están acoplados entre sí por medio de un enlace de corriente continua, CC; una fuente de alimentación secundaria acoplada eléctricamente al bus de lado de línea. El documento KR20130026948A describe un generador de potencia eólica y un procedimiento para hacer rotar las palas del mismo.
[0006] El documento EP2778352A1 describe sistemas y procedimientos para el funcionamiento a velocidad variable de motores de combustión.
Breve descripción
[0007] De acuerdo con un modo de realización de la presente memoria descriptiva, se presenta un sistema de generación de potencia. El sistema de generación de potencia incluye una fuerza motriz. El sistema de generación de potencia incluye además un generador de inducción doblemente alimentado (“doubly-fed induction generator”) (DFIG) acoplado operativamente a la fuerza motriz, donde el DFIG incluye un devanado de rotor y un devanado de estátor. Además, el sistema de generación de potencia incluye un convertidor de lado de rotor conectable eléctricamente al devanado de rotor. Además, el sistema de generación de potencia también incluye un convertidor de lado de línea conectable eléctricamente a un punto de acoplamiento común (“point of common coupling”) (PCC), donde el convertidor de lado de línea y el convertidor de lado de rotor están acoplados entre sí por medio de un enlace de corriente continua (CC). Además, el sistema de generación de potencia incluye una fuente de alimentación secundaria acoplada eléctricamente al enlace de CC. Adicionalmente, el sistema de generación de potencia incluye un subsistema de control. El subsistema de control incluye una pluralidad de elementos de conmutación dispuestos entre el devanado de rotor del DFIG y el PCC. Además, el subsistema de control incluye un controlador acoplado operativamente a la pluralidad de elementos de conmutación y configurado para controlar selectivamente la conmutación de uno o más elementos de conmutación de la pluralidad de elementos de conmutación en base a un valor de un parámetro operativo correspondiente a al menos uno de la fuerza motriz, el DFIG o la fuente de alimentación secundaria para conectar el convertidor de lado de rotor en paralelo al convertidor de lado de línea para incrementar la producción de potencia eléctrica por el sistema de generación de potencia.
[0008] De acuerdo con un modo de realización de la presente memoria descriptiva, se presenta un subsistema de control para hacer funcionar un sistema de generación de potencia. El sistema de generación de potencia incluye una fuerza motriz, un convertidor de lado de línea, un convertidor de lado de rotor y un DFIG acoplado mecánicamente a la fuerza motriz, donde el DFIG incluye un devanado de rotor y un devanado de estátor, y donde el sistema de generación de potencia incluye además una fuente de alimentación secundaria acoplada a un enlace de CC dispuesto entre el convertidor de lado de línea y el convertidor de lado de rotor. El subsistema de control incluye una pluralidad de elementos de conmutación acoplados entre el devanado de rotor y un PCC para conectar selectivamente el convertidor de lado de rotor en paralelo con el convertidor de lado de línea para incrementar la producción de potencia eléctrica por el sistema de generación de potencia.
[0009] De acuerdo con un modo de realización de la presente memoria descriptiva, se presenta un sistema de generación de potencia. El sistema de generación de potencia incluye una turbina eólica. El sistema de generación de potencia incluye además un DFIG acoplado operativamente a la turbina eólica, donde el DFIG incluye un devanado de rotor y un devanado de estátor. Además, el sistema de generación de potencia incluye un convertidor de lado de rotor conectable eléctricamente al devanado de rotor. Además, el sistema de generación de potencia también incluye un convertidor de lado de línea conectable eléctricamente a un PCC, donde el convertidor de lado de línea y el convertidor de lado de rotor están acoplados entre sí por medio de un enlace de CC. Además, el sistema de generación de potencia incluye una fuente de alimentación fotovoltaica acoplada eléctricamente al enlace de CC. Adicionalmente, el sistema de generación de potencia incluye un subsistema de control. El subsistema de control incluye una pluralidad de elementos de conmutación dispuestos entre el devanado de rotor del DFIG y el PCC. Además, el subsistema de control incluye un controlador acoplado operativamente a la pluralidad de elementos de conmutación y configurado para controlar selectivamente la conmutación de uno o más elementos de conmutación de la pluralidad de elementos de conmutación en base a un valor de una velocidad del viento correspondiente a la turbina eólica para conectar el convertidor de lado de rotor en paralelo al convertidor de lado de línea para incrementar la producción de potencia eléctrica por el sistema de generación de potencia.
[0010] De acuerdo con un modo de realización de la presente memoria descriptiva, se presenta un procedimiento para mejorar la producción de potencia eléctrica por un sistema de generación de potencia. El sistema de generación de potencia incluye una fuerza motriz, un DFIG acoplado operativamente a la fuerza motriz, un convertidor de lado de rotor conectable eléctricamente a un devanado de rotor del DFIG, un convertidor de lado de línea conectable eléctricamente a un PCC, y donde el convertidor de lado de línea y el convertidor de lado de rotor están acoplados entre sí por medio de un enlace de CC, y una fuente de alimentación secundaria acoplada eléctricamente al enlace de CC. El procedimiento incluye determinar, por un controlador, un valor de un parámetro operativo correspondiente a al menos uno de la fuerza motriz, el DFIG o la fuente de alimentación secundaria. El procedimiento incluye además controlar selectivamente, por el controlador, la conmutación de uno o más elementos de conmutación de una pluralidad de elementos de conmutación en base al valor del parámetro operativo para conectar el convertidor de lado de rotor en paralelo al convertidor de lado de línea para incrementar una producción de potencia eléctrica por el sistema de generación de potencia, donde el controlador está acoplado a la pluralidad de elementos de conmutación, y donde la pluralidad de elementos de conmutación está dispuesta entre el devanado de rotor y el PCC.
Dibujos
[0011] Estos y otros rasgos característicos, aspectos y ventajas de la presente memoria descriptiva se entenderán mejor cuando se lea la siguiente descripción detallada con referencia a los dibujos adjuntos, en los que caracteres similares representan partes similares en todos los dibujos, en los que:
la FIG. 1 es una representación en diagrama de bloques de un sistema de generación de potencia de acuerdo con un modo de realización de la presente memoria descriptiva;
la FIG. 2 es una representación en diagrama de bloques de otro sistema de generación de potencia de acuerdo con un modo de realización de la presente memoria descriptiva;
la FIG. 3 es una representación en diagrama de bloques de otro sistema de generación de potencia de acuerdo con un modo de realización de la presente memoria descriptiva;
la FIG. 4 es una representación en diagrama de bloques de un sistema de generación de potencia basado en viento de acuerdo con un modo de realización de la presente memoria descriptiva;
la FIG. 5 es un diagrama de flujo de un procedimiento para mejorar la generación de potencia eléctrica por los sistemas de generación de potencia de las FIGS. 1-4, de acuerdo con un modo de realización de la presente memoria descriptiva;
la FIG. 6 es un diagrama de flujo de un procedimiento para mejorar la generación de potencia eléctrica por el sistema de generación de potencia de la FIG. 1 o la FIG. 4, de acuerdo con un modo de realización de la presente memoria descriptiva;
la FIG. 7 es un diagrama de flujo de un procedimiento para mejorar la generación de potencia eléctrica por el sistema de generación de potencia de la FIG. 2 o la FIG. 3, de acuerdo con un modo de realización de la presente memoria descriptiva;
la FIG. 8 es un diagrama de flujo de un procedimiento para mejorar la generación de potencia eléctrica por los sistemas de generación de potencia de cualquiera de las FIGS. 1-4, de acuerdo con un modo de realización de la presente memoria descriptiva; y
la FIG. 9 es un diagrama de flujo de un procedimiento para reconfigurar sistemas de generación de potencia de cualquiera de las FIGS. 1-4, de acuerdo con un modo de realización de la presente memoria descriptiva.
Descripción detallada
[0012] Como se usa en el presente documento, los términos "puede" y "puede ser/se puede" indican la posibilidad de que ocurra algo dentro de un conjunto de circunstancias; una posesión de una propiedad, característica o función específica; y/o califican otro verbo expresando uno o más de una habilidad, capacidad o posibilidad asociada al verbo calificado. En consecuencia, el uso de "puede" y "puede ser/se puede" indica que un término modificado es aparentemente apropiado, capaz o adecuado para una capacidad, función o uso indicado, teniendo en cuenta que, en algunas circunstancias, el término modificado a veces puede no ser apropiado, capaz o adecuado.
[0013] De acuerdo con algunos modos de realización de la presente memoria descriptiva, se presenta un sistema de generación de potencia. El sistema de generación de potencia incluye una fuerza motriz. El sistema de generación de potencia incluye además un generador de inducción doblemente alimentado (DFIG) acoplado operativamente a la fuerza motriz, donde el DFIG incluye un devanado de rotor y un devanado de estátor. Además, el sistema de generación de potencia incluye un convertidor de lado de rotor conectable eléctricamente al devanado de rotor. Además, el sistema de generación de potencia también incluye un convertidor de lado de línea conectable eléctricamente a un punto de acoplamiento común (PCC), donde el convertidor de lado de línea y el convertidor de lado de rotor están acoplados entre sí por medio de un enlace de corriente continua (CC). Además, el sistema de generación de potencia incluye una fuente de alimentación secundaria acoplada eléctricamente al enlace de CC. Adicionalmente, el sistema de generación de potencia incluye un subsistema de control. El subsistema de control incluye una pluralidad de elementos de conmutación dispuestos entre el devanado de rotor del DFIG y el PCC. Además, el subsistema de control incluye un controlador acoplado operativamente a la pluralidad de elementos de conmutación y configurado para controlar selectivamente la conmutación de uno o más elementos de conmutación de la pluralidad de elementos de conmutación en base a un valor de un parámetro operativo correspondiente a al menos uno de la fuerza motriz, el DFIG o la fuente de alimentación secundaria para conectar el convertidor de lado de rotor en paralelo al convertidor de lado de línea para incrementar la producción de potencia eléctrica por el sistema de generación de potencia. De acuerdo con algunos modos de realización de la presente memoria descriptiva, también se presentan el subsistema de control y el procedimiento para mejorar la producción de potencia eléctrica por el sistema de generación de potencia.
[0014] La FIG. 1 es una representación en diagrama de bloques de un sistema de generación de potencia (100) de acuerdo con un modo de realización de la presente memoria descriptiva. En algunos modos de realización, el sistema de generación de potencia (100) incluye una fuerza motriz (102), un generador de inducción doblemente alimentado (DFIG) 104, un convertidor de lado de rotor (106), un convertidor de lado de línea (108), una fuente de alimentación secundaria (110) y un subsistema de control (112). El DFIG (104) está acoplado operativamente a la fuerza motriz (102). El convertidor de lado de rotor (106) está dispuesto entre el convertidor de lado de línea (108) y el DFIG (104). El convertidor de lado de línea (108) y el DFIG (104) también están acoplados a un punto de acoplamiento común (PCC) (114) como se muestra en la FIG. 1. El convertidor de lado de línea (108) está acoplado al PCC (114) por medio de un enlace (144). El devanado de estátor (122) del DFIG (104) está acoplado al PCC (114) por medio de un enlace (140). Cada uno de los enlaces (140, 144) puede ser un enlace eléctrico trifásico. En algunos modos de realización, el sistema de generación de potencia (100) también puede incluir un transformador (116) acoplado al PCC (114). El sistema de generación de potencia (100) se puede acoplar a una red eléctrica (no mostrada) o a una carga eléctrica por medio del transformador (116). En algunos modos de realización, el PCC (114) se puede acoplar al transformador (116) por medio de un elemento de conmutación (148).
[0015] El sistema de generación de potencia (100) se puede configurar para generar potencia eléctrica de corriente alterna (CA) y suministrar la potencia eléctrica de CA desde un puerto de potencia de salida (118) del sistema de generación de potencia (100). La potencia eléctrica de CA en el puerto de potencia de salida (118) puede ser monofásica o multifásica, tal como una potencia eléctrica trifásica. El subsistema de control (112) se puede acoplar operativamente en el sistema de generación de potencia (100) para mejorar la generación de potencia eléctrica por el sistema de generación de potencia (100). En determinados modos de realización, el subsistema de control (112) puede controlar la generación de potencia eléctrica por el sistema de generación de potencia (100) de modo que no se infrinjan los límites predefinidos del equilibrio de planta (“Balance of Plant”) (BoP) del transformador (116). Los límites de BoP incluyen al menos uno de un límite máximo de potencia activa del transformador (116), un límite máximo de potencia aparente del transformador (116), un límite máximo de corriente aparente del transformador (116), un límite máximo de temperatura del transformador (116).
[0016] La fuerza motriz (102) es equivalente a cualquier sistema que pueda ayudar a impartir un movimiento rotatorio al elemento rotatorio (por ejemplo, un rotor) del DFIG (104). Ejemplos no limitativos de la fuerza motriz (102) pueden incluir una turbina eólica (véase la FIG. 4), una turbina mareomotriz, una turbina hidráulica, un motor que puede ser operativo a velocidades variables, una turbina de gas, un compresor o combinaciones de los mismos.
[0017] El DFIG (104) incluye un estátor (120), un devanado de estátor (122) enrollado en el estátor (120), un rotor (124) y un devanado de rotor (126) enrollado en el rotor (124). En algunos modos de realización, tanto el devanado de estátor (122) como el devanado de rotor (126) pueden ser un devanado multifásico tal como un devanado trifásico. El DFIG (104) está acoplado mecánicamente a la fuerza motriz (102). Por ejemplo, el rotor (124) del DFIG (104) está acoplado mecánicamente a un elemento rotatorio de la fuerza motriz (102) por medio de un eje (123) de modo que las rotaciones del elemento rotatorio de la fuerza motriz (102) provocan rotaciones del rotor (124) del DFIG (104).
[0018] El rotor (124) del DFIG (104) se opera a una velocidad de rotación que puede ser una velocidad síncrona, una velocidad subsíncrona o una velocidad supersíncrona, dependiendo de la velocidad de rotación del elemento rotatorio de la fuerza motriz (102). En un ejemplo, la velocidad síncrona del rotor (124) puede definirse usando la ecuación (1).
N _ 120* /
(1)
s P
[0019] En la ecuación (1), Ns representa la velocidad síncrona del rotor (124), p representa un número de polos en el rotor (124) y f representa una frecuencia de voltaje de red. En consecuencia, una velocidad subsíncrona del rotor (124) puede definirse como cualquier velocidad que sea inferior a la velocidad síncrona del rotor (124). De forma similar, una velocidad supersíncrona del rotor (124) puede definirse como cualquier velocidad que sea superior a la velocidad síncrona del rotor (124).
[0020] Durante el funcionamiento, el DFIG (104) está configurado para generar potencia eléctrica en el devanado de estátor (122) dependiendo de la velocidad de rotación del rotor (124). La potencia eléctrica que se genera en el devanado de estátor (122) se denominará alternativamente a continuación en el presente documento "potencia de estátor" (PEstátor). Además, el DFIG (104) está configurado para generar o absorber potencia eléctrica en el devanado de rotor (126) dependiendo de la velocidad de rotación del rotor (124). Por ejemplo, el DFIG (104) está configurado para generar potencia eléctrica en el devanado de rotor (126) cuando el rotor (124) se opera a una velocidad supersíncrona. El DFIG (104) está configurado para absorber la potencia eléctrica en el devanado de rotor (126) cuando el rotor (124) se opera a una velocidad subsíncrona. La potencia eléctrica que se genera o absorbe en el devanado de rotor (126) se denomina alternativamente a continuación en el presente documento "potencia de deslizamiento". La magnitud de la potencia de deslizamiento (PDesiizamiento) depende de un valor de deslizamiento del DFIG (104). En un modo de realización, el valor de deslizamiento S se puede determinar usando la ecuación (2).
Figure imgf000005_0001
donde Ns representa la velocidad síncrona del rotor (124) y Nr representa las revoluciones por minuto (rpm) del rotor (124).
[0021] El convertidor de lado de rotor (106) está acoplado eléctricamente al devanado de rotor (126) del DFIG (104). En el modo de realización de la FIG. 1, el convertidor de lado de rotor (106) está acoplado eléctricamente al devanado de rotor (126) por medio del subsistema de control (112) a lo largo de un enlace (142). El enlace (142) puede ser un enlace eléctrico trifásico. El convertidor de lado de línea (108) está acoplado eléctricamente al PCC (114), ya sea directamente o por medio de un transformador (no mostrado). El convertidor de lado de rotor (106) y el convertidor de lado de línea (108) están acoplados eléctricamente entre sí por medio de un enlace de CC (128). El enlace de CC (128) puede incluir al menos dos conductores (no mostrados), uno mantenido a un potencial positivo y otro mantenido a un potencial negativo. El enlace de CC (128) también puede incluir un condensador de enlace de CC (no mostrado) acoplado eléctricamente entre dos conductores del enlace de CC (128). El convertidor de lado de rotor (106) puede ser un convertidor de CA-CC y estar configurado para convertir una potencia de CA en una potencia de CC. En otro modo de realización, el convertidor de lado de rotor (106) puede ser un convertidor CC-CA. El convertidor de lado de línea (108) puede ser un convertidor de CC-CA y estar configurado para convertir la potencia de CC en una potencia de CA. En otro modo de realización, el convertidor de lado de línea (108) puede ser un convertidor CA-CC.
[0022] Además, el devanado de estátor (122) está acoplado al PCC (114) por medio del subsistema de control (112) para suministrar la potencia de estátor (PEstator), en algunos modos de realización. En algunos modos de realización, el devanado de estátor (122) está acoplado al PCC (114) por medio de un transformador (no mostrado). Cuando el rotor (124) se opera a una velocidad supersíncrona, la potencia de deslizamiento (PDesuzamiento) se suministra al PCC (114) por medio del convertidor de lado de rotor (106) y el convertidor de lado de línea (108).
[0023] Además, el sistema de generación de potencia (100) también incluye la fuente de alimentación secundaria (110) que está acoplada al enlace de CC (128). En algunos modos de realización, la fuente de alimentación secundaria (110) se puede acoplar al enlace de CC (128) por medio de un elemento de conmutación (150). El término "fuente de alimentación secundaria" como se usa en el presente documento se refiere a una fuente de alimentación que puede generar y/o suministrar una potencia secundaria (Psecundana) tal como una potencia de CC al enlace de Cc (128). Ejemplos no limitativos de fuente de alimentación secundaria (110) pueden incluir una fuente de alimentación fotovoltaica (PV), una batería, una celda de combustible, un generador de potencia basado en energía renovable, un generador de potencia basado en energía no renovable o combinaciones de los mismos. En algunos modos de realización, la fuente de alimentación secundaria (110) se puede configurar para suministrar una potencia eléctrica secundaria al enlace de CC (128). En determinados modos de realización, la fuente de alimentación secundaria (110) puede incluir un convertidor CC-CC (no mostrado) para controlar el suministro de potencia eléctrica secundaria al enlace de CC (128).
[0024] En algunos modos de realización, el sistema de generación de potencia (100) también incluye un dispositivo de almacenamiento de energía (152). El dispositivo de almacenamiento de energía (152) puede incluir una o más baterías, condensadores o una combinación de los mismos. El dispositivo de almacenamiento de energía (152) se puede acoplar al enlace de CC (128) y configurar para almacenar la potencia disponible en el enlace de CC (128) o suministrar potencia al enlace de CC (128) cuando sea necesario.
[0025] Además, el sistema de generación de potencia (100) también incluye un subsistema de control (112) (que se muestra usando una región discontinua) para controlar la producción de potencia eléctrica por el sistema de generación de potencia (100). Más en particular, el subsistema de control (112) está configurado para hacer funcionar el sistema de generación de potencia (100) de modo que mejore la producción de potencia eléctrica por el sistema de generación de potencia (100).
[0026] El subsistema de control (112) incluye una pluralidad de elementos de conmutación dispuestos entre el devanado de rotor (126) del DFIG (104) y el PCC (114), como se muestra en la FIG. 1. Más en particular, la pluralidad de elementos de conmutación conectados entre el devanado de rotor (126) del DFIG (104) y el PCC (114) incluye un primer elemento de conmutación (130) y un segundo elemento de conmutación (132). El primer elemento de conmutación (130) está acoplado entre un terminal de interconexión (138) y el PCC (114) a lo largo de un enlace (146), y donde el terminal de interconexión (138) está ubicado entre el convertidor de lado de rotor (106) y el devanado de rotor (126). El enlace (146) es un enlace eléctrico trifásico. Además, el segundo elemento de conmutación (132) está acoplado entre el terminal de interconexión (138) y el devanado de rotor (126) del DFIG (104), como se muestra en la FIG. 1. Además, en determinados modos de realización, el subsistema de control (112) también puede incluir un tercer elemento de conmutación (134) acoplado entre el devanado de estátor (122) del DFIG (104) y el PCC (114). Aunque el subsistema de control (112) se muestra con tres elementos de conmutación (130-134), también se contempla un subsistema de control (112) con un número mayor o menor de elementos de conmutación.
[0027] Los elementos de conmutación (130-134, 148 y 150) pueden ser capaces de controlarse electrónicamente. En algunos modos de realización, los elementos de conmutación (130-134, 148 y 150) pueden ser conmutadores semiconductores. Ejemplos no limitativos de dichos conmutadores semiconductores pueden incluir transistores, tiristores conmutados por puerta, transistores de efecto de campo, transistores bipolares de puerta aislada, tiristores desactivados por puerta, transistores de inducción estática, tiristores de inducción estática o combinaciones de los mismos. Además, los materiales usados para formar el conmutador semiconductor pueden incluir, pero sin limitarse a, silicio (Si), germanio (Ge), carburo de silicio (SiC), nitruro de galio (GaN), arseniuro de galio (GaAs) o combinaciones de los mismos.
[0028] En determinados modos de realización, la pluralidad de elementos de conmutación dispuestos entre el devanado de rotor (126) del DFIG (104) y el PCC (114) pueden incluir además uno o más conmutadores (no mostrados) dispuestos en el enlace de CC (128). Por ejemplo, se puede disponer un conmutador a lo largo del conductor mantenido a un potencial positivo y se puede disponer un conmutador a lo largo del conductor mantenido a un potencial positivo. Los conmutadores dispuestos en el enlace de CC (128) se pueden controlar para desconectar el convertidor de lado de rotor (106 ) del convertidor de lado de línea (108), interrumpiendo así el enlace de CC (128), y para conectar la fuente de alimentación secundaria (110) tanto al convertidor de lado de rotor (106) como al convertidor de lado de línea (108). En consecuencia, la potencia eléctrica secundaria de la fuente de alimentación secundaria puede suministrarse en paralelo tanto al convertidor de lado de rotor (106) como al convertidor de lado de línea (108). En consecuencia, la potencia eléctrica secundaria puede suministrarse al PCC (114) a través del convertidor de lado de rotor (cuando el primer elemento de conmutación (130) se opera en un estado conductor) y el convertidor de lado de línea (108). Además, cuando el enlace de CC (128) se interrumpe por medio de los conmutadores dispuestos en el enlace de CC (128), en determinados modos de realización, la excitación eléctrica (es decir, corriente/potencia) al devanado de rotor (126) puede suministrarse por medio del convertidor de lado de rotor (106) y el segundo elemento de conmutación (132). En dicha configuración, el convertidor de lado de rotor (106) genera dicha excitación eléctrica a partir de la potencia eléctrica secundaria recibida desde la fuente de alimentación secundaria (110).
[0029] El subsistema de control (112) también incluye un controlador (136). El controlador (136) se puede acoplar operativamente a los elementos de conmutación (130-134) y configurar para controlar la conmutación de los elementos de conmutación (130-134). Aunque no se muestra en la FIG. 1, en algunos modos de realización, el controlador (136) también se puede acoplar operativamente a los elementos de conmutación (148, 150) y configurar para controlar la conmutación de los elementos de conmutación (130-134). En algunos modos de realización, el controlador (136) también se puede acoplar operativamente al convertidor de lado de rotor (106), al convertidor de lado de línea (108) y a la fuente de alimentación secundaria (110) para controlar las funcionalidades del convertidor de lado de rotor (106), el convertidor de lado de línea (108) y la fuente de alimentación secundaria (110) para controlar el flujo de potencia eléctrica a través de los mismos. En algunos modos de realización, el controlador (136) también se puede acoplar a otro controlador de supervisión (no mostrado) y configurar para controlar las operaciones de uno o más de los elementos de conmutación (130-134, 148, 150), el convertidor de lado de rotor (106) y el convertidor de lado de línea (108) en base a las instrucciones/consignas recibidas desde el controlador de supervisión. En algunos modos de realización, el controlador (136) puede incluir un ordenador de propósito general especialmente programado, un procesador electrónico tal como un microprocesador, un procesador de señales digitales y/o un microcontrolador. Además, el controlador (136) puede incluir puertos de entrada/salida y un medio de almacenamiento, tal como una memoria electrónica. Varios ejemplos del microprocesador incluyen, pero no se limitan a, un microprocesador de tipo de arquitectura de cálculo de conjunto de instrucciones reducido (“reduced instruction set computing”) (RISC) o un microprocesador de tipo de arquitectura de cálculo de conjunto de instrucciones complejo (“complex instruction set computing") (CISC). Además, el microprocesador puede ser del tipo de un solo núcleo o del tipo de múltiples núcleos. De forma alternativa, el controlador (136) se puede implementar como elementos de hardware, tales como placas de circuitos con procesadores, o como software que se ejecuta en un procesador, tal como un ordenador personal (PC) o un microcontrolador.
[0030] En algunos modos de realización, el controlador (136) se puede configurar para determinar un valor de un parámetro operativo correspondiente al DFIG (104) y/o a la fuerza motriz (102). Ejemplos no limitativos del parámetro operativo pueden incluir una velocidad del viento, una velocidad en operación de la fuerza motriz (102), una velocidad en operación de un rotor (124) del DFIG (104), un nivel de voltaje en el devanado de rotor (es decir, la magnitud de la potencia de deslizamiento (PDesuzamiento)), un nivel de voltaje en el devanado de estátor (es decir, la magnitud de la potencia de estátor (PEstator)), un nivel de potencia total generada por el DFIG (104), una métrica de potencia de salida de DFIG (descrita más adelante) correspondiente al DFIG (104) para una duración de tiempo futura predeterminada, una métrica de potencia secundaria (descrita más adelante) correspondiente a la fuente de alimentación secundaria (110) para la duración de tiempo futura predeterminada.
[0031] Además, el controlador (136) puede reconfigurar el sistema de generación de potencia (100) basándose al menos en el valor del parámetro operativo controlando la conmutación de uno o más de una pluralidad de elementos de conmutación (130, 132) para incrementar la producción de potencia eléctrica por el sistema de generación de potencia (100). En determinados modos de realización, el controlador (136) está configurado para controlar la conmutación de al menos uno de la pluralidad de elementos de conmutación (130, 132) o del tercer elemento de conmutación (134) en base al valor de un parámetro operativo para conectar el convertidor de lado de rotor (106) en paralelo al convertidor de lado de línea (108) para incrementar la producción de potencia eléctrica por el sistema de generación de potencia (100). Más en particular, el controlador (136) está configurado para enviar señales de control a al menos uno de la pluralidad de elementos de conmutación (130, 132) o al tercer elemento de conmutación (134) para hacer funcionar al menos uno de la pluralidad de elementos de conmutación (130, 132) o el tercer elemento de conmutación (134) en un estado conductor o un estado no conductor. Se describen detalles adicionales de la reconfiguración del sistema de generación de potencia (100) junto con las FIGS. 5, 6, 8 y 9.
[0032] La FIG. 2 es una representación en diagrama de bloques de otro sistema de generación de potencia (200) de acuerdo con un modo de realización de la presente memoria descriptiva. El sistema de generación de potencia (200) de la FIG.2 puede ser representativo de un modo de realización del sistema de generación de potencia (100) de la FIG. 1 e incluir algunos componentes similares a los usados en la FIG. 1. El sistema de generación de potencia (200) incluye la fuerza motriz (102), el DFIG (104), el convertidor de lado de rotor (106), el convertidor de lado de línea (108), la fuente de alimentación secundaria (110) y un subsistema de control (212) interconectado como se muestra en la FIG. 2.
[0033] El subsistema de control (212) de la FIG. 2 es representativo de un modo de realización del subsistema de control (112) de la FIG. 1. El subsistema de control (212) incluye una pluralidad de elementos de conmutación (130, 201) y el tercer elemento de conmutación (134). En comparación con el subsistema de control (112) de la FIG. 1, el subsistema de control (212) de la FIG. 2 incluye adicionalmente un dispositivo de almacenamiento de energía (202) y un inversor (204). En algunos modos de realización, el subsistema de control (212) también puede incluir un convertidor CC-CC (214) acoplado entre el enlace de CC (128) y el dispositivo de almacenamiento de energía (202). Además, en el modo de realización de la FIG. 2, el elemento de conmutación (201) puede ser un conmutador de dos vías.
[0034] El dispositivo de almacenamiento de energía (202) puede incluir una o más baterías, condensadores o una combinación de los mismos. En algunos modos de realización, el dispositivo de almacenamiento de energía (202) se puede acoplar eléctricamente al inversor (204). Más en particular, un puerto de salida (206) del dispositivo de almacenamiento de energía (202) está acoplado a un puerto de entrada (208) del inversor (204). El inversor (204) puede recibir una potencia de CC desde el puerto de salida (206) del dispositivo de almacenamiento de energía (202). En algunos modos de realización, el inversor (204) es un convertidor de CC a CA y está configurado para convertir una potencia de CC de entrada en una potencia de CA de salida en el puerto de salida (210) del inversor (204). El puerto de salida (210) del inversor (204) está acoplado al elemento de conmutación (201) como se muestra en la FIG. 2.
[0035] El controlador (136) del subsistema de control (212) está acoplado a los elementos de conmutación (130, 201). Además, el controlador (136) puede reconfigurar el sistema de generación de potencia (200) en base a, al menos, el valor del parámetro operativo correspondiente al DFIG (104), a la fuerza motriz (102) y/o a la fuente de alimentación secundaria (110) para incrementar la producción de potencia eléctrica por el sistema de generación de potencia (200). Más en particular, el controlador (136) está configurado para controlar la conmutación de los elementos de conmutación (130 y 201) de modo que se incremente la producción total de potencia eléctrica por el sistema de generación de potencia (200). El controlador (136) está configurado para enviar señales de control al primer elemento de conmutación (130) para hacer funcionar el primer elemento de conmutación (130) en un estado conductor o un estado no conductor. Además, el controlador (136) está configurado para enviar señales de control al segundo elemento de conmutación (201) para hacer funcionar el segundo elemento de conmutación (201) en un estado de excitación interna o en un estado de excitación externa. En el estado de excitación interna, el segundo elemento de conmutación (201) permite la conexión eléctrica entre el convertidor de lado de rotor (106) y el devanado de rotor (126). En el estado de excitación externa, el segundo elemento de conmutación (201) permite la conexión eléctrica entre el puerto de salida (210) del inversor (204) y el devanado de rotor (126). Se describen detalles adicionales de la reconfiguración del sistema de generación de potencia (200) junto con las FIGS. 5, 7, 8 y 9.
[0036] En algunos modos de realización, el controlador (136) también se puede configurar para controlar el funcionamiento del convertidor CC-CC (214) para facilitar la carga del dispositivo de almacenamiento de energía (202). Por lo tanto, cuando el convertidor CC-Cc (214) está operativo, el dispositivo de almacenamiento de energía (202) se carga usando la potencia disponible en el enlace CC (128) por medio del convertidor CC-CC (214).
[0037] La FIG. 3 es una representación en diagrama de bloques de otro sistema de generación de potencia (300) de acuerdo con un modo de realización de la presente memoria descriptiva. El sistema de generación de potencia (300) de la FIG. 3 puede ser representativo de un modo de realización del sistema de generación de potencia (200) de la FIG. 2 e incluir algunos componentes similares a los usados en la FIG. 2. El sistema de generación de potencia (300) incluye la fuerza motriz (102), el DFIG (104), el convertidor de lado de rotor (106), el convertidor de lado de línea (108), la fuente de alimentación secundaria (110) y un subsistema de control (312) interconectado como se muestra en la FIG. 3.
[0038] El subsistema de control (312) de la FIG. 3 es representativo de un modo de realización del subsistema de control (212) de la FIG. 2. El subsistema de control (312) incluye la pluralidad de elementos de conmutación (130, 201), el tercer elemento de conmutación (134) y el inversor (204). En comparación con el subsistema de control (212) de la FIG. 2, el subsistema de control (312) de la FIG. 3 no incluye el dispositivo de almacenamiento de energía (202). En el modo de realización de la FIG. 3, el puerto de entrada (208) del inversor (204) está acoplado al enlace de CC (128). El inversor (204) recibe una potencia de CC de entrada del enlace de CC (128) y convierte la potencia de CC de entrada en una potencia de Ca de salida. El puerto de salida (210) del inversor (204) está acoplado al elemento de conmutación (201). El controlador (136) está acoplado operativamente a los elementos de conmutación (130, 201). Además, el controlador (136) puede reconfigurar el sistema de generación de potencia (300) en base a, al menos, el valor del parámetro operativo correspondiente al DFIG (104), a la fuerza motriz (102) y/o a la fuente de alimentación secundaria (110) para incrementar la producción de potencia eléctrica por el sistema de generación de potencia (300). Más en particular, el controlador (136) está configurado para controlar la conmutación de los elementos de conmutación (130, 201) de modo que se incremente la producción total de potencia eléctrica por el sistema de generación de potencia (300). Se describen detalles adicionales de la reconfiguración del sistema de generación de potencia (300) junto con las FIGS. 5, 7, 8 y 9.
[0039] En determinados modos de realización, en las configuraciones de las FIGS. 2 y 3, el controlador (136) se puede configurar para hacer funcionar el tercer elemento de conmutación (134) durante uno o más de un arranque del DFIG (104), cuando la velocidad en operación del rotor (124) está por debajo de un valor mínimo de rpm o cuando la velocidad en operación del rotor (124) está por encima del valor máximo de rpm. El valor mínimo de rpm es representativo de la velocidad en operación del rotor (124) por debajo de la cual si se opera el DFIG (104), el DFIG (104) puede dañarse. El valor máximo de rpm es representativo de la velocidad en operación del rotor (124) por encima de la cual, si se opera el DFIG (104), la potencia generada en el devanado de rotor (126) puede dañar el uno o ambos del convertidor de lado de rotor (106) y el convertidor de lado de línea (108). Por lo tanto, en los modos de realización de las FIGS. 2 y 3, el controlador (136) se puede configurar para hacer funcionar el tercer elemento de conmutación (134) en el estado de conducción para la velocidad en operación del rotor (124) en un intervalo entre el valor mínimo de rpm y el valor máximo de rpm. Además, el controlador (136) se puede configurar para hacer funcionar el tercer elemento de conmutación (134) en el estado no conductor cuando la velocidad en operación del rotor (124) está fuera del intervalo entre el valor mínimo de rpm y el valor máximo de rpm de modo que el DFIG (104) y el convertidor de lado de rotor (106) y el convertidor de lado de línea (108) se operen con seguridad. Además, en determinados modos de realización, el controlador (136) se puede configurar para hacer funcionar el tercer elemento de conmutación (134) en el estado no conductor durante una condición de fallo.
[0040] La FIG. 4 es una representación en diagrama de bloques de un sistema de generación de potencia basado en viento (400) de acuerdo con un modo de realización de la presente memoria descriptiva. El sistema de generación de potencia basado en viento (400) de la FIG. 4 puede ser representativo de un modo de realización del sistema de generación de potencia (100) de la FIG. 1 e incluir algunos componentes similares a los usados en la FIG. 1. Por ejemplo, el sistema de generación de potencia (400) incluye el DFIG (104), el convertidor de lado de rotor (106), el convertidor de lado de línea (108) y un subsistema de control (112) interconectados como se muestra en la FIG. 4. En el modo de realización de la FIG. 4, una turbina eólica (402) se usa como fuerza motriz y una fuente de alimentación fotovoltaica (PV) 401 se usa como fuente de alimentación secundaria.
[0041] La turbina eólica (402) puede incluir un rotor (404), una torre (408) y un eje (410) acoplado al rotor (404). El rotor (404) está montado en la torre (408). Además, una pluralidad de palas de rotor (412) está acoplada al eje (410). La turbina eólica (402) se puede acoplar operativamente al DFIG (104) por medio del eje (410), directamente o a través de una caja de engranajes (no mostrada). Durante el funcionamiento, en base a la velocidad y la dirección del viento, las palas de rotor (412) rotan provocando que el eje (410) rote. La velocidad de rotación del eje (410) se puede basar en diversos parámetros que incluyen, pero sin limitarse a, el pitch de las palas de rotor (412) y un par de torsión ejercido sobre las palas de rotor (412). Además, las rotaciones del eje (410) provocan rotaciones del rotor (124) del DFIG (104) que dan lugar a la generación de la potencia de estátor (PEstator) y de la potencia de deslizamiento (PDesuzamiento) dependiendo de la velocidad del viento alrededor de la turbina eólica (402).
[0042] Además, en algunos modos de realización, la fuente de alimentación PV (401) puede incluir uno o más conjuntos PV (414), donde cada conjunto fotovoltaico (414) puede incluir al menos un módulo PV (416). Un módulo PV (416) puede incluir una disposición adecuada de una pluralidad de células PV (diodos y/o transistores, no mostrados). La fuente de alimentación PV (401) puede generar un voltaje de CC que constituye una potencia eléctrica secundaria que depende de la radiación solar, las condiciones climáticas y/o la hora del día. En consecuencia, la fuente de alimentación PV (401) se puede configurar para suministrar la potencia eléctrica secundaria al enlace de CC (128).
[0043] La fuente de alimentación PV (401) se puede acoplar al enlace de CC (128) por medio de un elemento de conmutación (150). En algunos modos de realización, la fuente de alimentación PV (401) se puede acoplar eléctricamente al enlace de CC (128) por medio de un convertidor CC-CC (no mostrado). El convertidor CC-CC se puede acoplar eléctricamente entre la fuente de alimentación PV (401) y el enlace de CC (128). En dichos modos de realización, la potencia eléctrica secundaria se puede suministrar desde la fuente de alimentación PV (401) al enlace de CC (128) por medio del convertidor CC-CC. El convertidor CC-CC se puede hacer funcionar como un convertidor reductor, un convertidor elevador o un convertidor reductor-elevador y se puede controlar por el controlador (136).
[0044] En algunos modos de realización, el sistema de generación de potencia (400) también incluye un dispositivo de almacenamiento de energía (418). El dispositivo de almacenamiento de energía (418) puede incluir una o más baterías, condensadores o una combinación de los mismos. El dispositivo de almacenamiento de energía (418) se puede acoplar al enlace de CC (128) y configurar para almacenar la potencia disponible en el enlace de CC (128) o suministrar potencia al enlace de CC (128) cuando sea necesario.
[0045] El sistema de generación de potencia basado en viento (400) también incluye el subsistema de control (112) para mejorar la producción de potencia eléctrica por el sistema de generación de potencia basado en viento (400). El subsistema de control (112) puede reconfigurar el sistema de generación de potencia (400) basándose en un valor de un parámetro operativo tal como la velocidad del viento correspondiente a la turbina eólica (402). Más en particular, el controlador (136) se puede configurar para controlar la conmutación de los elementos de conmutación (130, 132 y/o 134) para mejorar la producción de potencia eléctrica por el sistema de generación de potencia (400) en base a un valor de la velocidad del viento. Se describen detalles adicionales de la reconfiguración del sistema de generación de potencia (400) junto con las FIGS. 5, 6, 8 y 9.
[0046] En referencia ahora a la FIG. 5, se presenta un diagrama de flujo (500) de un procedimiento para mejorar la generación de potencia eléctrica por los sistemas de generación de potencia de las FIGS. 1-4, de acuerdo con un modo de realización de la presente memoria descriptiva. En algunos modos de realización, cuando la potencia generada por el DFIG (104) es baja, puede ser deseable buscar una metodología de control que dé lugar a la mejora de la producción de potencia eléctrica por los sistemas de generación de potencia (100, 200, 300, 400). En algunos modos de realización, en la etapa (502), los controladores respectivos (136) en los subsistemas de control (112, 212, 312) están configurados para determinar un valor de un parámetro operativo correspondiente a al menos uno de la fuerza motriz (102), el DFIG (104) o la fuente de alimentación secundaria (110).
[0047] Como se señaló previamente, el controlador (136) puede determinar el parámetro operativo tal como, pero sin limitarse a, la velocidad del viento (por ejemplo, en el modo de realización de la FIG. 4), la velocidad en operación de la fuerza motriz (102), la velocidad en operación de un rotor (124) del DFIG (104), una magnitud de la potencia de deslizamiento (PDesuzamiento), una magnitud de la potencia de estátor (PEstator), la métrica de potencia de salida del DFIG (descrita más adelante) correspondiente al DFIG (104) para una duración de tiempo futura predeterminada, la métrica de potencia secundaria (descrita más adelante) correspondiente a la fuente de alimentación secundaria (110) para la duración de tiempo futura predeterminada. En un ejemplo no limitante, los parámetros operativos tales como la magnitud de la potencia de deslizamiento (PDesuzamiento) y la magnitud de la potencia de estátor (PEstator) se pueden determinar por el controlador (136) midiendo el voltaje y la corriente en el devanado de rotor (126) y el devanado de estátor (122) usando uno o más sensores (no mostrados) dispuestos en el devanado de rotor (126) y el devanado de estátor (122), respectivamente. Los parámetros operativos tales como la velocidad en operación de la fuerza motriz (102) y la velocidad en operación de un rotor (124) se pueden determinar por el controlador (136) en base a las señales eléctricas recibidas desde uno o más sensores RPM (no mostrados) dispuestos en la fuerza motriz (102) y el DFIG (104), respectivamente. La velocidad del viento se puede determinar por el controlador (136) usando sensores tales como anemómetros dispuestos en la turbina eólica (402).
[0048] Además, en la etapa (504), el controlador (136) también puede reconfigurar los respectivos sistemas de generación de potencia (100, 200, 300 o 400) en base a, al menos, el valor del parámetro operativo. En algunos modos de realización, reconfigurar los sistemas de generación de potencia (100, 200, 300 o 400) incluye hacer funcionar los sistemas de generación de potencia (100, 200, 300 o 400) ya sea en un modo de prioridad de potencia secundaria (“secondary power priority”) (SPP) o en un modo de conversión de potencia parcial (“partial power conversion”) (PPC) (descrito más adelante) de modo que mejore la producción de potencia global por los sistemas de generación de potencia (100, 200, 300 o 400). En algunos modos de realización, el controlador (136) puede reconfigurar los respectivos sistemas de generación de potencia (100, 200, 300 o 400) controlando la conmutación de uno o más elementos de conmutación (130, 132, 201 o 134) para incrementar la producción de potencia eléctrica por el sistema de generación de potencia. En determinados modos de realización, en los respectivos sistemas de generación de potencia (100, 200, 300 o 400), la conmutación del correspondiente al menos uno de la pluralidad de elementos de conmutación (130, 132, 201) o del tercer elemento de conmutación (134) se controla en base al valor de un parámetro operativo para conectar el convertidor de lado de rotor (106) en paralelo al convertidor de lado de línea (108) para incrementar la producción de potencia eléctrica por el sistema de generación de potencia (100). Más en particular, el controlador (136) está configurado para enviar señales de control a al menos uno de la pluralidad de elementos de conmutación (130, 132, 201) o al tercer elemento de conmutación (134) para que operen en un estado conductor o un estado no conductor. Se describen detalles adicionales de la reconfiguración de los sistemas de generación de potencia (100, 200, 300 o 400) junto con los procedimientos descritos en las FIG. 6, 7 y 9 de acuerdo con algunos modos de realización de la presente memoria descriptiva.
[0049] En referencia ahora a la FIG. 6, se presenta un diagrama de flujo (600) de un procedimiento para mejorar la generación de potencia eléctrica por el sistema de generación de potencia (100) de la FIG. 1 o del sistema de generación de potencia (400) de la FIG. 4, de acuerdo con un modo de realización de la presente memoria descriptiva. Cuando se inicia el funcionamiento del sistema de generación de potencia (100, 400), el sistema de generación de potencia (100, 400) se puede hacer funcionar en el modo de conversión de potencia parcial (PPC) como modo de funcionamiento predeterminado. En el modo de funcionamiento PPC, el devanado de estátor (122) del DFIG (104) está acoplado al PCC (114), el devanado de rotor (126) del DFIG (104) está acoplado al convertidor de lado de rotor (106), y el convertidor de lado de rotor (106) está acoplado en serie con el convertidor de lado de línea (108). Más en particular, en el modo PPC, mientras que los elementos de conmutación (132) y 134 operan en el estado conductor, el elemento de conmutación (130) opera en el estado no conductor.
[0050] Durante el funcionamiento, en la etapa (602), el controlador (136) determina un valor de un parámetro operativo correspondiente a al menos uno de la fuerza motriz (102) o el DFIG (104). La etapa (602) es similar a la etapa (502) de la FIG. 5, cuya descripción no se repite en el presente documento. Además, en la etapa (604), el sistema de generación de potencia (100, 400) se reconfigura por el controlador (136) para mejorar la producción de potencia eléctrica por el sistema de generación de potencia (100, 400). La etapa (604) puede incluir una o más de las subetapas (606-628).
[0051] En la etapa (606), el controlador (136) del subsistema de control (112) compara el valor del parámetro operativo con un valor umbral correspondiente. En algunos modos de realización, el valor umbral es representativo de un valor mínimo permisible correspondiente a un parámetro operativo dado. Por ejemplo, si el parámetro operativo es la velocidad del viento, el valor umbral correspondiente es la velocidad de conexión. La velocidad de conexión es representativa de una velocidad del viento a la que una fuerza motriz, tal como la turbina eólica (402), se puede hacer funcionar con seguridad. De forma alternativa, la velocidad de conexión es representativa de una velocidad del viento (km/hora) por debajo de la cual la potencia generada por el DFIG (104) comienza a reducirse por debajo de un nivel predefinido. En otro ejemplo no limitante, si el parámetro operativo es una velocidad en operación (rpm) del rotor (124) del DFIG (104), el valor umbral correspondiente es una velocidad de conexión del rotor por debajo de la cual la potencia generada por el DFIG (104) comienza a reducirse por debajo del nivel predefinido.
[0052] Además, después de realizar la comparación en la etapa (606), el controlador (136) puede realizar una comprobación, en la etapa (608), para determinar si el valor del parámetro operativo es inferior al valor umbral correspondiente. En un ejemplo no limitante, se puede realizar una comprobación para determinar si la velocidad del viento alrededor de la fuerza motriz (es decir, la turbina eólica (402)) es menor que la velocidad de conexión. En la etapa (608), si se determina que el valor del parámetro operativo es inferior al valor umbral correspondiente, el sistema de generación de potencia (100, 400) se puede hacer funcionar en un modo de prioridad de potencia secundaria (SPP), en la etapa (610). La etapa de hacer funcionar el sistema de generación de potencia (100, 400) en el modo SPP incluye subetapas (612, 614 y 616). En los modos de realización de las FIGS. 1 y 4, en el modo SPP, el DFIG (104) puede estar completamente desconectado del PCC (114) y del convertidor de lado de rotor (106).
[0053] Para ayudar en el funcionamiento del sistema de generación de potencia (100, 400) en el modo SPP, en la etapa (612), el controlador (136) se puede configurar para desconectar el devanado de estátor (122) del PCC (114). El controlador (136) puede enviar una señal de control al tercer elemento de conmutación (134) para hacer funcionar el tercer elemento de conmutación (134) en un estado no conductor para desconectar el devanado de estátor (122) del PCC (114). Además, en la etapa (614), el controlador (136) está configurado para desconectar el convertidor de lado de rotor (106) del devanado de rotor (126) del DFIG (104). El controlador (136) puede enviar otra señal de control al segundo elemento de conmutación (132) para hacer funcionar el segundo elemento de conmutación (132) en un estado no conductor. Además, en la etapa (616), el convertidor de lado de rotor (106) se conecta en paralelo al convertidor de lado de línea (108). El controlador (136) puede enviar otra señal de control al primer elemento de conmutación (130) de modo que el primer elemento de conmutación (130) opere en un estado conductor para conectar el convertidor de lado de rotor (106) en paralelo con el convertidor de lado de línea (108).
[0054] En consecuencia, en el modo de funcionamiento SPP, en un modo de realización, el DFIG (104) está desconectado del PCC (114) y del convertidor de lado de rotor (106) mientras que el convertidor de lado de rotor (106) está conectado en paralelo con el convertidor de lado de línea (108). Además, la conexión de la fuente de alimentación secundaria (110) permanece intacta con el enlace de CC (128). En consecuencia, en el modo de funcionamiento SPP, tanto el convertidor de lado de rotor (106) como el convertidor de lado de línea (108) se utilizan para evacuar solo la potencia secundaria (Psecundaria). Por lo tanto, se puede evacuar una cantidad incrementada de potencia secundaria (Psecundaria), si está disponible. En consecuencia, mejora la producción de potencia global por el sistema de generación de potencia (100, 400). En determinados modos de realización, una vez que se ejecutan las etapas (612-616), el controlador (136) puede almacenar datos de modo de funcionamiento, indicativos de que el modo de funcionamiento es el modo SPP, en un dispositivo de memoria (no mostrado) asociado al controlador (136).
[0055] En referencia de nuevo a la etapa (608), si se determina que el valor del parámetro operativo no es inferior al valor umbral correspondiente, se puede realizar otra comprobación, en la etapa (618), para determinar si el sistema de generación de potencia (100, 400) ya está operando en el modo SPP. En algunos modos de realización, el controlador (136) puede determinar si el sistema de generación de potencia (100, 400) ya está operando en el modo SPP basándose en los datos del modo de funcionamiento almacenados. En determinados modos de realización, el controlador (136) puede determinar si el sistema de generación de potencia (100, 400) ya está operando en el modo SPP determinando los estados operativos de los elementos de conmutación (130, 132 y 134). Por ejemplo, si los elementos de conmutación (132) y (134) operan en el estado no conductor y el elemento de conmutación (130) opera en el modo conductor, el controlador (136) puede determinar que el sistema de generación de potencia (100, 400) está operando en el modo SPP, o viceversa.
[0056] En la etapa (618), si se determina que el sistema de generación de potencia (100, 400) está funcionando en el modo SPP, el sistema de generación de potencia (100, 400) se puede configurar para funcionar en un modo PPC en la etapa (620). En el modo PPC, la potencia generada tanto por el DFIG (104) como por la fuente de alimentación secundaria (110) se puede suministrar al PCC (114). La etapa de hacer funcionar el sistema de generación de potencia (100, 400) en el modo PPC incluye subetapas (622, 624 y 626).
[0057] Para garantizar el funcionamiento del sistema de generación de potencia (100, 400) en el modo PPC, en la etapa (622), el controlador (136) está configurado para conectar el convertidor de lado de rotor (106) al devanado de rotor (126) del DFIG (104). El controlador (136) puede enviar una señal de control al segundo elemento de conmutación (132) para hacer funcionar el segundo elemento de conmutación (132) en un estado conductor. Además, en la etapa (624), el controlador (136) se puede configurar para conectar el devanado de estátor (122) al PCC (114). El controlador (136) puede enviar otra señal de control al tercer elemento de conmutación (134) para hacer funcionar el tercer elemento de conmutación (134) en un estado conductor para conectar el devanado de estátor (122) al PCC (114). Además, en la etapa (626), el convertidor de lado de rotor (106) se conecta en serie con el convertidor de lado de línea (108). El controlador (136) puede enviar otra señal de control al primer elemento de conmutación (130) de modo que el primer elemento de conmutación (130) opere en el estado no conductor para conectar el convertidor de lado de rotor (106) en serie con el convertidor de lado de línea (108).
[0058] En consecuencia, en el modo PPC, en un modo de realización, el DFIG (104) está conectado al PCC (114) y del convertidor de lado de rotor (106) mientras que el convertidor de lado de rotor (106) está conectado en serie con el convertidor de lado de línea (108). Además, la conexión de la fuente de alimentación secundaria (110) permanece intacta con el enlace de CC (128). En determinados modos de realización, una vez que se ejecutan las etapas (622-626), el controlador (136) puede almacenar datos de modo de funcionamiento, indicativos de que el modo de funcionamiento es el modo SPP, en un dispositivo de memoria (no mostrado) asociado al controlador (136).
[0059] En referencia de nuevo a la etapa (618), si se determina que el sistema de generación de potencia (100, 400) no está operando en el modo SPP, el controlador (136) puede continuar con el funcionamiento del sistema de generación de potencia (100, 400) en el modo de funcionamiento existente como se indica en la etapa (628). Por ejemplo, que el sistema de generación de potencia (100, 400) no esté operando en el modo SPP es indicativo de que el sistema de generación de potencia (100, 400) está operando actualmente en el modo PPC. En consecuencia, el funcionamiento del sistema de generación de potencia se mantiene en el modo existente (es decir, el modo PPC).
[0060] En referencia ahora a la FIG. 7, se presenta un diagrama de flujo (700) de un procedimiento para mejorar la generación de potencia eléctrica por el sistema de generación de potencia (200) de la FIG. 2 o del sistema de generación de potencia (300) de la FIG. 3, de acuerdo con un modo de realización de la presente memoria descriptiva. Cuando se inicia el funcionamiento del sistema de generación de potencia (200, 300), el sistema de generación de potencia (200, 300) se puede hacer funcionar en el modo PPC como modo de funcionamiento predeterminado. En el modo de funcionamiento PPC correspondiente al sistema de generación de potencia (200, 300), el devanado de estátor (122) del DFIG (104) está acoplado al PCC (114), el devanado de rotor (126) del DFIG (104) está acoplado al convertidor de lado de rotor (106), y el convertidor de lado de rotor (106) está acoplado en serie con el convertidor de lado de línea (108). Más en particular, en el modo PPC, mientras que el elemento de conmutación (201) opera en el estado de excitación interna, el elemento de conmutación (130) opera en el estado no conductor. El procedimiento del diagrama de flujo (700) incluye etapas (702-728).
[0061] El diagrama de flujo (700) de la FIG. 7 incluye una o más etapas que son similares a las etapas descritas en la FIG. 6, cuya descripción no se repite en el presente documento. En algunos modos de realización, las etapas para hacer funcionar el sistema de generación de potencia (200, 300) en el modo SPP (véase la etapa (710)) y en el modo PPC (véase la etapa (720)) son diferentes en comparación con las etapas respectivas (610 y 620) de la FIG. 6.
[0062] En algunos modos de realización, en la etapa (710) el sistema de generación de potencia (200, 300) se puede hacer funcionar en el modo SPP. La etapa de hacer funcionar el sistema de generación de potencia (200, 300) en el modo SPP incluye subetapas (712, 714 y 716).
[0063] Para ayudar en el funcionamiento del sistema de generación de potencia (200, 300) en el modo SPP, en la etapa (712), el controlador (136) está configurado para desconectar el convertidor de lado de rotor (106) del devanado de rotor (126) del DFIG (104) haciendo funcionar el segundo elemento de conmutación (201) en el estado de excitación externa. En el estado de excitación externa, el segundo elemento de conmutación (132) conecta eléctricamente el devanado de rotor (126) con el puerto de salida (210) del inversor (204). En consecuencia, en la etapa (714), la excitación eléctrica para el devanado de rotor (126) se puede suministrar por medio del inversor (204). Dicha excitación eléctrica del inversor (204) ayuda a regular la frecuencia de la potencia de estátor (PEstator) del DFIG (104). La potencia de estátor (PEstator) puede suministrarse al PCC (114). En el modo de realización de la FIG. 2, el inversor (204) genera la excitación eléctrica (es decir, la potencia de CA) a partir de una potencia de entrada recibida desde el dispositivo de almacenamiento de energía (202). En el modo de realización de la FIG. 3, el inversor (204) genera la excitación eléctrica a partir de una potencia de entrada recibida desde el enlace de CC (128).
[0064] Además, en la etapa (716), el convertidor de lado de rotor (106) se conecta en paralelo al convertidor de lado de línea (108). El controlador (136) puede enviar otra señal de control al primer elemento de conmutación (130) de modo que el primer elemento de conmutación (130) opere en un estado conductor para conectar el convertidor de lado de rotor (106) en paralelo con el convertidor de lado de línea (108).
[0065] En consecuencia, en el modo de funcionamiento SPP, en un modo de realización, el devanado de rotor (126) está desconectado del convertidor de lado de rotor (106) mientras que el convertidor de lado de rotor (106) está conectado en paralelo con el convertidor de lado de línea (108). Además, la conexión de la fuente de alimentación secundaria (110) permanece intacta con el enlace de CC (128). En consecuencia, en el modo de funcionamiento SPP, tanto el convertidor de lado de rotor (106) como el convertidor de lado de línea (108) se utilizan para evacuar solo la potencia secundaria (Psecundaria) de la fuente de alimentación secundaria (110). Por lo tanto, en base a la excitación eléctrica del inversor (204), la potencia de estátor (PEstator) se genera y se suministra al PCC (114) además de la potencia secundaria (Psecundana) de la fuente de alimentación secundaria (110). Por lo tanto, además de la potencia de estátor (PEstator), se puede evacuar una cantidad incrementada de potencia secundaria (Psecundaria), si está disponible. En consecuencia, mejora la producción de potencia global por el sistema de generación de potencia (200, 300). En determinados modos de realización, una vez que se ejecutan las etapas (712-716), el controlador (136) puede almacenar datos de modo de funcionamiento, indicativos de que el modo de funcionamiento es el modo SPP, en un dispositivo de memoria (no mostrado) asociado al controlador (136).
[0066] Además, en la etapa (720), el sistema de generación de potencia (200, 300) se puede configurar para funcionar en un modo PPC. En el modo PPC, la potencia generada tanto por el DFIG (104) como por la fuente de alimentación secundaria (110) se puede suministrar al PCC (114). La etapa de hacer funcionar el sistema de generación de potencia (200, 300) en el modo PPC incluye subetapas (722, 724 y 726).
[0067] Para garantizar el funcionamiento del sistema de generación de potencia (200, 300) en el modo PPC, en la etapa (722), el controlador (136) está configurado para conectar el convertidor de lado de rotor (106) al devanado de rotor (126) del DFIG (104). El controlador (136) puede enviar una señal de control al segundo elemento de conmutación (201) para hacer funcionar el segundo elemento de conmutación (201) en el estado de excitación interna. En el estado de excitación interna, el segundo elemento de conmutación (201) conecta eléctricamente el devanado de rotor (126) al convertidor de lado de rotor (106). En consecuencia, en la etapa (724), el devanado de rotor (126) se desconecta del inversor (204). El devanado de rotor (126) recibe la excitación eléctrica del convertidor de lado de rotor (106) que ayuda a regular la frecuencia de la potencia de estátor (PEstator) del DFIG (104). Además, en la etapa (726), el convertidor de lado de rotor (106) se conecta en serie con el convertidor de lado de línea (108). El controlador (136) puede enviar otra señal de control al primer elemento de conmutación (130) de modo que el primer elemento de conmutación (130) opere en el estado no conductor para conectar el convertidor de lado de rotor (106) en serie con el convertidor de lado de línea (108).
[0068] La FIG. 8 es un diagrama de flujo (800) de un procedimiento para mejorar la producción de potencia eléctrica en el sistema de generación de potencia de cualquiera de las FIGS. 1-4, de acuerdo con un modo de realización de la presente memoria descriptiva. Para facilitar la ilustración, el procedimiento de la FIG. 8 se describe junto con el sistema de generación de potencia (100) de la FIG. 1.
[0069] En la etapa (802), una duración de tiempo futura predeterminada, denominada también a continuación en el presente documento ventana de distribución T, se inicializa a T=1. Además, en la etapa (804) se determina un valor del parámetro operativo. En el procedimiento de la FIG. 8, el parámetro operativo puede incluir una métrica de potencia de salida de DFIG (PPredicción Estator) correspondiente al DFIG para la duración de tiempo futura predeterminada (la ventana de distribución T) y una métrica de potencia secundaria (PPredicción secundaria) correspondiente a la fuente de alimentación secundaria (110, 401) para la duración de tiempo futura predeterminada. El término "métrica de potencia de salida de DFIG" (PPredicciónEstator) como se usa en el presente documento se refiere a un nivel estimado de la potencia de estátor (PEstator) para la duración de tiempo futura predefinida. El término "métrica de potencia secundaria" (PPredicción secundara) como se usa en el presente documento se refiere a un nivel estimado de la potencia secundaria (Psecundaria) generada por la fuente de alimentación secundaria (110) para la duración futura predefinida. La etapa (804) del parámetro operativo incluye subetapas (806, 808 y 810).
[0070] En la etapa (806), el controlador (136) está configurado para estimar la métrica de potencia de salida de DFIG (PPredicción Estator) para la duración de tiempo futura predeterminada (es decir, para la ventana de distribución T). En un modo de realización donde la fuerza motriz (102) es una turbina hidráulica, la métrica de potencia de salida de DFIG (PPredicción Estator) se puede estimar en base a parámetros que incluyen, pero sin limitarse a, un pronóstico del tiempo, una predicción de energía de las mareas, información de posición de la luna o combinaciones de los mismos. En el modo de realización de la FIG. 4 donde la turbina eólica (402) se usa como fuerza motriz, la métrica de potencia de salida de DFIG (PPredicciónEstator) se puede estimar en base a, al menos, datos de predicción del viento para la duración de tiempo futura predeterminada. En algunos modos de realización, el controlador (136) puede recibir los datos de predicción del viento desde una fuente externa, tal como un satélite o un servidor (no mostrados). En determinados modos de realización, el controlador (136) se puede configurar para determinar los datos de predicción para la duración de tiempo futura predeterminada.
[0071] Además, en la etapa (808) se determina una capacidad de evacuación de potencia secundaria (PeapEvacuaciónsec) en base a la potencia de deslizamiento (PDesuzamiento). Como se señaló previamente, la potencia de deslizamiento (PDesuzamiento) depende de la velocidad en operación (Nr) y del valor de deslizamiento (S) del DFIG (104). En un modo de realización, cuando el DFIG (104) opera a la velocidad supersíncrona, la potencia de deslizamiento (PDesiizamiento) se genera en el devanado de rotor (126) del DFIG (104). Dicha potencia de deslizamiento se suministra al PCC (114) por medio del convertidor de lado de rotor (106) y el convertidor de lado de línea (108). En consecuencia, cuando el DFIG (104) está operando a la velocidad supersíncrona, la capacidad de evacuación de potencia secundaria (PcapEvacuaciónSec) se puede determinar por el controlador (136) usando la siguiente ecuación (3):
{ P CapEvacuactónSec) ~ PLSCnominal - P Deslizamiento (3)
Donde, PLSCnominal representa la potencia nominal del convertidor de lado de línea (108).
[0072] En un modo de realización donde el DFIG (104) opera a la velocidad subsíncrona, el devanado de rotor (126) del DFIG (104) recibe la potencia de deslizamiento (PDesiizamiento). Dicha potencia de deslizamiento (PDesiizamiento) se suministra al devanado de rotor (126) desde el enlace de CC (128) por medio del convertidor de lado de rotor (106). En consecuencia, cuando el DFIG (104) está operando a la velocidad subsíncrona, la capacidad de evacuación de potencia secundaria (PcapEvacuaciónSec) se puede determinar por el controlador (136) usando la siguiente ecuación (4):
(P CapEvacuaciónSec) = P LSCnominal+ P Deslizamiento (4)
[0073] Además, en la etapa (810), el controlador (136) se puede configurar para estimar una métrica de potencia secundaria (PPredicción Secundaria) para la duración de tiempo futura predeterminada (es decir, para la ventana de distribución T). En un modo de realización donde la fuente de alimentación secundaria es una fuente de alimentación PV, tal como la fuente de alimentación PV (401), la métrica de potencia secundaria (PPredicción Secundaria) se puede estimar en base a parámetros que incluyen, pero sin limitarse a, un pronóstico del tiempo, una predicción de insolación solar, la hora del día o combinaciones de los mismos.
[0074] Además, en la etapa (812), el controlador (136) puede reconfigurar el sistema de generación de potencia (100), basándose al menos en la métrica de potencia secundaria estimada (PPredicción Secundaria), la capacidad de evacuación de potencia secundaria (PCapEvacuaciónSec) y la métrica de potencia de salida de DFIG (PPredicciónEstétor), controlando la conmutación de uno o más de una pluralidad de conmutadores para incrementar la producción de potencia eléctrica por el sistema de generación de potencia (100). Se describen detalles adicionales de la reconfiguración del sistema de generación de potencia (100) junto con la FIG. 9.
[0075] Una vez que se reconfigura el sistema de generación de potencia (100), la potencia eléctrica se puede suministrar al PCC (114) desde la fuente de alimentación secundaria (110) o desde el DFIG (104) y la fuente de alimentación secundaria (110), como se indica en la etapa (814). Además, en la etapa (816), la ventana de distribución se incrementa en uno (1) y el control puede transferirse a las etapas (806 y 810 ) donde la métrica de potencia de salida de DFIG (PPredicción Estétor) y la métrica de potencia secundaria (PPredicción Secundaria) pueden estimarse de nuevo para la ventana de distribución incrementada.
[0076] La FIG. 9 es un diagrama de flujo (900) de un procedimiento para reconfigurar el sistema de generación de potencia de cualquiera de las FIGS. 1-4, de acuerdo con un modo de realización de la presente memoria descriptiva. Para facilitar la ilustración, el procedimiento de la FIG. 9 se describe junto con el sistema de generación de potencia (100) de la FIG. 1. El sistema de generación de potencia (100) se reconfigura en base a los valores de la métrica de potencia de salida de DFIG (PPredicción Estétor), la capacidad de evacuación de potencia secundaria (PcapEvacuaciónSec) y la métrica de potencia secundaria (PPredicción Secundaria) determinados en las etapas (806, 808 y 810), respectivamente.
[0077] En la etapa (902), puede llevarse a cabo una comprobación para determinar si la métrica de potencia secundaria (PPredcciónSecundaria) es mayor que la capacidad de evacuación de potencia secundaria (PcapEvacuaciónSec). En la etapa (902), si se determina que la métrica de potencia secundaria (PPredicción Secundaria) es mayor que la capacidad de evacuación de potencia secundaria (PcapEvacuaciónSec), se puede realizar otra comprobación en la etapa (904).
[0078] En la etapa (904), se puede realizar la comprobación para determinar si la métrica de potencia secundaria (PPredicción Secundaria) es mayor que la suma de la capacidad de evacuación de potencia secundaria (PcapEvacuaciónSec) y la métrica de potencia de salida de DFIG (PPredicciónEstétor). En la etapa (902), si se determina que la métrica de potencia secundaria (PPredicción Secundaria) es mayor que la suma de la capacidad de evacuación de potencia secundaria (PcapEvacuaciónSec) y la métrica de potencia de salida de DFIG (PPredicciónEstétor), el controlador (136) puede seleccionar el modo de funcionamiento del sistema de generación de potencia (100) como el modo SPP en la etapa (906). En consecuencia, el modo de funcionamiento en la ventana de distribución dada puede establecerse en el modo SSP. Además, si la ventana de distribución no es la primera ventana de distribución, por ejemplo cuando T>1, el controlador (136) puede realizar otra comprobación, en la etapa (908), para determinar si el modo de funcionamiento establecido en la etapa (906) es diferente al modo de funcionamiento en una ventana de distribución previa (T-1).
[0079] En la etapa (908), si se determina que el modo de funcionamiento establecido en la etapa (906) es diferente al modo de funcionamiento en la ventana de distribución previa (T-1), el controlador (136) puede hacer funcionar el sistema de generación de potencia en el modo SPP en la etapa (910). En algunos modos de realización, el sistema de generación de potencia, tales como los sistemas de generación de potencia (100, 400), se puede hacer funcionar en el modo s Pp como se describe en la etapa (610) de la FIG. 6. En algunos modos de realización, el sistema de generación de potencia, tales como los sistemas de generación de potencia (200, 300), se puede hacer funcionar en el modo s Pp como se describe en la etapa (710) de la FIG. 7. En la etapa (908), si se determina que el modo de funcionamiento establecido en la etapa (906) es el mismo que el modo de funcionamiento en la ventana de distribución previa (T-1), el controlador (136) puede continuar con el funcionamiento del sistema de generación de potencia (100), en la etapa (912), en el modo existente, por ejemplo, en el modo de funcionamiento de la ventana de distribución previa.
[0080] Haciendo referencia de nuevo a la etapa (902), si se determina que la métrica de potencia secundaria (Ppredicción Secundaria) es menor que la capacidad de evacuación de potencia secundaria (PcapEvacuaciónSec), se ejecuta la etapa (914). Además, en la etapa (904), si se determina que la métrica de potencia secundaria (Ppredccón Secundara) es menor que la suma de la capacidad de evacuación de potencia secundaria (PcapEvacuaciónSec) y la métrica de potencia de salida de DFIG (PpredicciónEstátor), se ejecuta la etapa (914). En la etapa (914), el controlador (136) puede seleccionar el modo de funcionamiento del sistema de generación de potencia como el modo PPC. En consecuencia, el modo de funcionamiento en la ventana de distribución dada puede establecerse en el modo PPC. Además, si la ventana de distribución no es la primera ventana de distribución, por ejemplo cuando T>1, el controlador (136) puede realizar otra comprobación, en la etapa (916), para determinar si el modo de funcionamiento establecido en la etapa (914) es diferente al modo de funcionamiento en una ventana de distribución previa (T-1).
[0081] En la etapa (916), si se determina que el modo de funcionamiento establecido en la etapa (914) es diferente al modo de funcionamiento en la ventana de distribución previa (T-1), el controlador (136) puede hacer funcionar el sistema de generación de potencia en el modo PPC en la etapa (918). En algunos modos de realización, el sistema de generación de potencia, tales como los sistemas de generación de potencia (100, 400), se puede hacer funcionar en el modo PPC como se describe en la etapa (620) de la FIG. 6. En algunos modos de realización, el sistema de generación de potencia, tales como los sistemas de generación de potencia (200, 300), se puede hacer funcionar en el modo PpC como se describe en la etapa (720) de la FIG. 7. En la etapa (916), si se determina que el modo de funcionamiento establecido en la etapa (914) es el mismo que el modo de funcionamiento en la ventana de distribución previa (T-1), el controlador (136) puede continuar con el funcionamiento del sistema de generación de potencia (100), en la etapa (912), en el modo existente, por ejemplo, en el modo de funcionamiento de la ventana de distribución previa.
[0082] Además, en cualquiera de los sistemas de generación de potencia (100, 200, 300, 400), en algunos modos de realización, el funcionamiento en el modo de prioridad de potencia secundaria puede incluir la transición del DFIG (104) en una configuración delta desde la configuración en estrella. Típicamente, el devanado de estátor (122) del DFIG (104) está dispuesto en un patrón de conexión en estrella. En algunos modos de realización, en el modo de prioridad de potencia secundaria, el devanado de estátor (122) está configurado en un patrón delta. Hacer funcionar el DFIG (104) en el modo delta incrementa ventajosamente un intervalo de rpm del DFIG (104), incrementando así la producción de potencia eléctrica.
[0083] Cualquiera de las etapas anteriores se puede reemplazar, reordenar o eliminar de forma adecuada y se pueden introducir etapas adicionales, dependiendo de las necesidades de una aplicación.
[0084] De acuerdo con los modos de realización descritos en el presente documento, se proporcionan configuraciones de sistemas de generación de potencia que facilitan una salida de potencia eléctrica mejorada. En situaciones donde el valor del parámetro operativo disminuye por debajo del valor umbral correspondiente, el subsistema de control (112) reconfigura el sistema de generación de potencia para incrementar la producción de potencia eléctrica por un sistema de generación de potencia para incrementar la producción de potencia eléctrica. La reconfiguración del sistema de generación de potencia incluye hacer funcionar el sistema de generación de potencia en el modo SSP o en el modo PPC. De forma ventajosa, en el modo SSP, tanto el convertidor de lado de línea como el convertidor de lado de rotor están conectados en paralelo entre sí y se usan para evacuar solo la potencia eléctrica secundaria de la fuente de alimentación secundaria. En consecuencia, se puede extraer más potencia eléctrica de la fuente de alimentación secundaria. En consecuencia, mejora la producción de potencia eléctrica por la generación de potencia. Además, las configuraciones propuestas de los sistemas de generación de potencia facilitan una mejor integración de la potencia eléctrica secundaria de la fuente de alimentación secundaria, lo que da lugar a una producción anual de energía (“annual energy production”) (AEP) incrementada. Además, debido al incremento en la producción de potencia eléctrica, el coste de producción de potencia eléctrica por unidad de potencia eléctrica disminuye.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Un sistema de generación de potencia (100, 200, 300, 400), que comprende:
una fuerza motriz (102);
un generador de inducción doblemente alimentado, DFIG, (104) acoplado operativamente a la fuerza motriz (102), en el que el DFIG (104) comprende un devanado de rotor (126) y un devanado de estátor (122);
un convertidor de lado de rotor (106) conectable eléctricamente al devanado de rotor (126);
un convertidor de lado de línea (108) conectable eléctricamente a un punto de acoplamiento común, PCC, (114), en el que el convertidor de lado de línea (108) y el convertidor de lado de rotor (106) están acoplados entre sí por medio de un enlace de CC de corriente continua;
una fuente de alimentación secundaria (110, 401) acoplada eléctricamente al enlace de CC; y un subsistema de control que comprende:
una pluralidad de elementos de conmutación (130 y 132 o 201) dispuestos entre el devanado de rotor (126) del DFIG (104) y el PCC (114); y
un controlador (136) acoplado operativamente a la pluralidad de elementos de conmutación (130 y 132 o 201) y configurado para controlar selectivamente la conmutación de uno o más elementos de conmutación de la pluralidad de elementos de conmutación (130 y 132 o 201) en base a un valor de un parámetro operativo correspondiente a al menos uno de la fuerza motriz (102), el DFIG (104) o la fuente de alimentación secundaria (110, 401) para conectar el convertidor de lado de rotor (106) en paralelo al convertidor de lado de línea (108) para incrementar una producción de potencia eléctrica por el sistema de generación de potencia (100, 200, 300, 400).
2. El sistema de generación de potencia (100, 200, 300, 400) de la reivindicación 1, en el que el parámetro operativo comprende una velocidad del viento, una velocidad en operación de la fuerza motriz (102), una velocidad en operación de un rotor (124) del DFIG (104), una potencia eléctrica en el devanado de rotor (126), una potencia eléctrica en el devanado de estátor (122) o combinaciones de las mismas.
3. El sistema de generación de potencia (100, 200, 300, 400) de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la fuente de alimentación secundaria (110, 401) comprende una fuente de alimentación fotovoltaica, una batería, una célula de combustible, un generador de potencia basado en energía renovable o no renovable o combinaciones de los mismos.
4. El sistema de generación de potencia (100, 200, 300, 400) de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la pluralidad de elementos de conmutación (130 y 132 o 201) comprende un primer elemento de conmutación (130) y un segundo elemento de conmutación (132, 201), en el que:
el primer elemento de conmutación (130) está acoplado entre un terminal de interconexión (138) y el PCC (114), y en el que el terminal de interconexión (138) está ubicado entre el convertidor de lado de rotor (106) y el devanado de rotor (126); y
el segundo elemento de conmutación (132, 201) está acoplado entre el terminal de interconexión (138) y el devanado de rotor (126) del DFIG (104).
5. El sistema de generación de potencia (200) de la reivindicación 4, que comprende además:
un dispositivo de almacenamiento de energía (202); y
un inversor (204) acoplado al dispositivo de almacenamiento de energía (202), en el que un puerto de entrada (208) del inversor (204) está acoplado al dispositivo de almacenamiento de energía (202) para recibir una potencia de CC desde el dispositivo de almacenamiento de energía (202), y un puerto de salida (210) del inversor (204) está acoplado al segundo elemento de conmutación (132, 201), en el que el segundo elemento de conmutación (132, 201) es un conmutador de dos vías.
6. El sistema de generación de potencia (200) de la reivindicación 5, en el que el controlador (136) está configurado para facilitar la excitación eléctrica del devanado de rotor (126) desde el dispositivo de almacenamiento de energía (202) desconectando el convertidor de lado de rotor (106) del devanado de rotor (126) y conectando el devanado de rotor (126) al puerto de salida (210) del inversor (204) cuando el convertidor de lado de rotor (106) está conectado en paralelo al convertidor de lado de línea (108).
7. El sistema de generación de potencia (300) de la reivindicación 4, que comprende además un inversor (204), en el que un puerto de entrada (208) del inversor (204) está acoplado al enlace de CC (128) y un puerto de salida (210) del inversor (204) está acoplado al segundo elemento de conmutación (201), en el que el segundo elemento de conmutación (201) es un conmutador de dos vías.
8. El sistema de generación de potencia (300) de la reivindicación 7, en el que el controlador (136) está configurado para facilitar la excitación eléctrica al devanado de rotor (126) desde el enlace de CC (128) desconectando el convertidor de lado de rotor (106) del devanado de rotor (126) y conectando el devanado de rotor (126) al puerto de salida (210) del inversor (204) cuando el convertidor de lado de rotor (106) está conectado en paralelo al convertidor de lado de línea (108).
9. El sistema de generación de potencia (10, 400) de la reivindicación 1, que comprende además un tercer elemento de conmutación (134) acoplado entre el devanado de estátor (122) del DFIG (104) y el PCC (114).
10. El sistema de generación de potencia (100, 400) de la reivindicación 9, en el que el controlador (136) está configurado para controlar selectivamente la conmutación del tercer elemento de conmutación (134) para conectar o desconectar el devanado de estátor (122) del PCC (114) en base a, al menos, el valor del parámetro operativo.
11. Un procedimiento para mejorar la producción de potencia eléctrica por un sistema de generación de potencia (100, 200, 300, 400), en el que el sistema de generación de potencia (100, 200, 300, 400) comprende una fuerza motriz (102), un generador de inducción doblemente alimentado, DFIG, (104) acoplado operativamente a la fuerza motriz (102), un convertidor de lado de rotor (106) conectable eléctricamente a un devanado de rotor (126) del DFIG (104), un convertidor de lado de línea (108) conectable eléctricamente a un devanado de estátor (122) del DFIG (104) por medio de un punto de acoplamiento común, PCC, (114), y
en el que el convertidor de lado de línea (108) y el convertidor de lado de rotor (106) están acoplados entre sí por medio de un enlace de CC de corriente continua, y una fuente de alimentación secundaria (110, 401) acoplada eléctricamente al enlace de CC, comprendiendo el procedimiento:
determinar, por un controlador (136), un valor de un parámetro operativo correspondiente a al menos uno de la fuerza motriz (102), el DFIG (104) o la fuente de alimentación secundaria (110, 401); y reconfigurar el sistema de generación de potencia (100, 200, 300, 400), por el controlador (136), en base a, al menos, el valor de un parámetro operativo controlando la conmutación de uno o más de una pluralidad de elementos de conmutación (130 y 132 o 201) para incrementar la producción de potencia eléctrica por el sistema de generación de potencia (100, 200, 300, 400), en el que el controlador (136) está acoplado a la pluralidad de elementos de conmutación (130 y 132 o 201), y en el que la pluralidad de conmutadores está dispuesta entre el devanado de rotor (126) y el PCC (114).
12. El procedimiento como se reivindica en la reivindicación 11, en el que reconfigurar el sistema de generación de potencia (100, 200, 300, 400) comprende:
comprende comparar el valor del parámetro operativo con un valor umbral correspondiente; y controlar selectivamente, por el controlador (136), la conmutación de uno o más elementos de conmutación de una pluralidad de elementos de conmutación (130 y 132 o 201) en base al valor del parámetro operativo para hacer funcionar el sistema de generación de potencia (100, 200, 300, 400) en un modo de prioridad de potencia secundaria si el valor del parámetro operativo es inferior al valor umbral correspondiente.
13. El procedimiento como se reivindica en las reivindicaciones 11-12, en el que el parámetro operativo comprende una velocidad del viento, una velocidad en operación de la fuerza motriz (102), una velocidad en operación de un rotor (124) del DFIG (104), una potencia eléctrica en el devanado de rotor (126), una potencia eléctrica en el devanado de estátor (122), una métrica de potencia de salida de DFIG (104) correspondiente al DFIG (104) para una duración de tiempo futura predeterminada, una métrica de potencia secundaria correspondiente a la fuente de alimentación secundaria (110, 401) para la duración de tiempo futura predeterminada o combinaciones de las mismas.
14. El procedimiento de la reivindicación 13, en el que determinar el valor del parámetro operativo comprende:
estimar la métrica de potencia de salida de DFIG (104) correspondiente al DFIG (104) para la duración de tiempo futura predeterminada;
determinar una capacidad de evacuación de potencia secundaria en base a, al menos, una potencia nominal del convertidor de lado de línea (108) y la métrica de potencia de salida de DFIG (104); y estimar la métrica de potencia secundaria correspondiente a la fuente de alimentación secundaria (110, 401) para la duración de tiempo futura predeterminada.
15. El procedimiento de la reivindicación 14, en el que la métrica de potencia de salida de DFIG (104) se estima en base a un pronóstico del tiempo, una predicción de energía de las mareas, información de posición de la luna o combinaciones de los mismos, y la métrica de potencia secundaria se estima en base al pronóstico del tiempo, una predicción de insolación solar, la hora del día o combinaciones de los mismos.
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