ES2927576T3 - Control de un aerogenerador en base a una referencia de potencia combinada - Google Patents
Control de un aerogenerador en base a una referencia de potencia combinada Download PDFInfo
- Publication number
- ES2927576T3 ES2927576T3 ES19215159T ES19215159T ES2927576T3 ES 2927576 T3 ES2927576 T3 ES 2927576T3 ES 19215159 T ES19215159 T ES 19215159T ES 19215159 T ES19215159 T ES 19215159T ES 2927576 T3 ES2927576 T3 ES 2927576T3
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- reference signal
- power reference
- control system
- signal
- limit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 25
- 238000013016 damping Methods 0.000 claims description 16
- 230000003068 static effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 3
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 238000012913 prioritisation Methods 0.000 description 2
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
- H02K7/18—Structural association of electric generators with mechanical driving motors, e.g. with turbines
- H02K7/1807—Rotary generators
- H02K7/1823—Rotary generators structurally associated with turbines or similar engines
- H02K7/183—Rotary generators structurally associated with turbines or similar engines wherein the turbine is a wind turbine
- H02K7/1838—Generators mounted in a nacelle or similar structure of a horizontal axis wind turbine
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D7/00—Controlling wind motors
- F03D7/02—Controlling wind motors the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
- F03D7/028—Controlling wind motors the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor controlling wind motor output power
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D7/00—Controlling wind motors
- F03D7/02—Controlling wind motors the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
- F03D7/0272—Controlling wind motors the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor by measures acting on the electrical generator
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D7/00—Controlling wind motors
- F03D7/02—Controlling wind motors the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
- F03D7/0296—Controlling wind motors the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor to prevent, counteract or reduce noise emissions
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D7/00—Controlling wind motors
- F03D7/02—Controlling wind motors the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
- F03D7/04—Automatic control; Regulation
- F03D7/042—Automatic control; Regulation by means of an electrical or electronic controller
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D7/00—Controlling wind motors
- F03D7/02—Controlling wind motors the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
- F03D7/04—Automatic control; Regulation
- F03D7/042—Automatic control; Regulation by means of an electrical or electronic controller
- F03D7/043—Automatic control; Regulation by means of an electrical or electronic controller characterised by the type of control logic
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D80/00—Details, components or accessories not provided for in groups F03D1/00 - F03D17/00
- F03D80/80—Arrangement of components within nacelles or towers
- F03D80/82—Arrangement of components within nacelles or towers of electrical components
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
- F03D9/20—Wind motors characterised by the driven apparatus
- F03D9/25—Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being an electrical generator
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
- H02P9/02—Details
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2270/00—Control
- F05B2270/10—Purpose of the control system
- F05B2270/103—Purpose of the control system to affect the output of the engine
- F05B2270/1033—Power (if explicitly mentioned)
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
Abstract
Se proporciona un método para controlar una turbina eólica. El método comprende proporcionar una señal de referencia de potencia primaria y una señal de referencia de potencia secundaria. La señal de referencia de potencia primaria está limitada de acuerdo con un límite de señal primaria. La señal de referencia de potencia secundaria está limitada de acuerdo con un límite de señal secundaria. La señal de referencia de potencia primaria y la señal de referencia de potencia secundaria se combinan para proporcionar una señal de referencia de potencia combinada, que se proporciona a un sistema de control de potencia o par de la turbina eólica. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Control de un aerogenerador en base a una referencia de potencia combinada
Campo de la invención
La presente invención se refiere a un método de control de un aerogenerador y a un sistema de control de un aerogenerador usando una referencia de potencia combinada.
Antecedentes de la invención
Los aerogeneradores modernos típicamente son turbinas de velocidad variable. En tales turbinas, la salida de potencia se controla, al menos en ciertos modos operativos, controlando la velocidad a la que pueden girar las palas. Por ejemplo, se puede aplicar un par al rotor para limitar la velocidad de rotación durante vientos fuertes. La velocidad del rotor se controla usando un controlador de potencia o un sistema de control de par, tal como un convertidor. El sistema de control de potencia o par se controla, a su vez, usando una señal de referencia de potencia, típicamente generada por el controlador principal de la turbina. Como se usa en la presente memoria, un sistema de control de potencia o par se puede referir a un convertidor del aerogenerador, o a un controlador de potencia o controlador de par.
La señal de referencia de potencia se puede generar en base a los requisitos de varios sistemas de control de la turbina. Por ejemplo, la señal de referencia de potencia puede establecer una velocidad de rotor promedio en base a condiciones de viento semiestáticas, así como proporcionar pequeñas variaciones a esa velocidad de rotor promedio para cambios de condición temporales. Por ejemplo, se pueden usar pequeñas variaciones en la señal de referencia de potencia para proporcionar amortiguación para contrarrestar vibraciones en la turbina.
Por lo general, se aplica un límite a la señal de referencia de potencia para evitar daños en el sistema de control de potencia o par. Este límite puede hacer que la señal de referencia de potencia llegue a estar saturada, eliminando potencialmente las pequeñas variaciones en la señal destinada a implementar un control de condición temporal, tal como amortiguación.
El documento US2017/0226988 A1 describe un método para generadores de aerogeneradores para reducir las perturbaciones eléctricas en forma de variaciones de potencia causadas por controladores de amortiguación dispuestos para compensar las oscilaciones estructurales induciendo variaciones de par de eje. Las perturbaciones eléctricas se pueden reducir limitando la acción de control de un controlador de amortiguación. La cantidad de limitación o restricción del controlador de amortiguación se puede determinar sobre la base de la información de perturbaciones eléctricas determinada a partir de la potencia medida, por ejemplo, en un lugar de la red.
Compendio de la invención
Un primer aspecto de la invención proporciona un método de control de un aerogenerador, el método que comprende:
proporcionar una señal de referencia de potencia primaria;
limitar la señal de referencia de potencia primaria según un límite de señal primaria;
proporcionar una señal de referencia de potencia secundaria que comprende una pluralidad de señales de sistema de control sumadas entre sí;
determinar que la señal de referencia de potencia secundaria excede un límite de señal secundaria;
identificar una o más de la pluralidad de señales de sistema de control como una señal de prioridad; modificar las otras señales de la pluralidad de señales de sistema de control para limitar la señal de referencia de potencia secundaria al límite de señal secundaria;
combinar la señal de referencia de potencia primaria y la señal de referencia de potencia secundaria para proporcionar una señal de referencia de potencia combinada; y
proporcionar la señal de referencia de potencia combinada a un sistema de control de potencia o par del aerogenerador.
La señal de referencia de potencia secundaria puede ser una señal de referencia de potencia alterna o una señal de referencia de potencia temporal.
En algunas realizaciones, limitar la señal de referencia de potencia secundaria puede comprender limitar individualmente cada señal de sistema de control según un límite individual respectivo.
En algunas realizaciones, modificar las otras señales de la pluralidad de señales de sistema de control puede comprender aplicar un factor de reducción respectivo a la una o más de las otras señales de la pluralidad de señales de sistema de control.
En algunas realizaciones, identificar una de la pluralidad de señales de sistema de control como una señal de prioridad puede comprender:
determinar que un parámetro operativo del aerogenerador está acercándose o excede un límite de supervisión; y seleccionar una señal de sistema de control asociada con el parámetro operativo como la señal de prioridad.
En algunas realizaciones, una o más de las señales de sistema de control pueden estar asociadas con sistemas de control de amortiguación del aerogenerador.
En algunas realizaciones, la señal de referencia de potencia primaria puede ser una señal estática o semiestática. Algunas realizaciones pueden comprender además limitar la señal de referencia de potencia combinada según un límite de señal combinada antes de proporcionar la señal de referencia de potencia combinada al sistema de control de potencia o par.
El límite de señal combinada puede ser variable.
En algunas realizaciones, el límite de señal secundaria puede limitar un valor de pico de la señal de referencia de potencia secundaria a un valor que es una proporción predeterminada del límite de señal primaria.
En algunas realizaciones, la señal de referencia de potencia combinada se puede proporcionar a un convertidor del aerogenerador.
Un segundo aspecto de la invención proporciona un sistema de control de aerogenerador configurado para proporcionar una señal de referencia de potencia combinada para un sistema de control de potencia o par de un aerogenerador, en donde el sistema de control está configurado para:
proporcionar una señal de referencia de potencia primaria;
limitar la señal de referencia de potencia primaria según un límite de señal primaria;
proporcionar una señal de referencia de potencia secundaria que comprenda una pluralidad de señales de sistema de control sumadas entre sí;
determinar que la señal de referencia de potencia secundaria excede un límite de señal secundaria;
identificar una o más de la pluralidad de señales de sistema de control como una señal de prioridad; modificar las otras señales de la pluralidad de señales de sistema de control para limitar la señal de referencia de potencia secundaria al límite de señal secundaria; y
combinar la señal de referencia de potencia primaria y la señal de referencia de potencia secundaria para proporcionar una señal de referencia de potencia combinada.
El sistema de control se puede configurar además para realizar cualquier realización del primer aspecto.
Un tercer aspecto de la invención proporciona un aerogenerador que comprende un sistema de control según cualquier realización del segundo aspecto.
Breve descripción de los dibujos
Ahora se describirán realizaciones de la invención con referencia a los dibujos que se acompañan, en los que: La figura 1 es una representación esquemática de un aerogenerador;
La figura 2 es una representación esquemática de un sistema de control del aerogenerador;
La figura 3 ilustra un esquema convencional para limitar las señales de referencia de potencia;
La figura 4 ilustra un esquema para limitar las señales de referencia de potencia según la presente invención;
La figura 5 ilustra los pasos de método del esquema de la figura 4;
La figura 6 ilustra un esquema alternativo para limitar señales de referencia de potencia; y
La figura 7 ilustra un esquema alternativo adicional para limitar señales de referencia de potencia.
Descripción detallada de la realización o realizaciones
La figura 1 ilustra, en una vista esquemática en perspectiva, un ejemplo de un aerogenerador 100. El aerogenerador 100 incluye una torre 102, una góndola 103 en el vértice de la torre y un rotor 104 acoplado operativamente a un generador alojado dentro de la góndola 103. Además del generador, la góndola aloja diversos componentes requeridos para convertir la energía eólica en energía eléctrica y varios componentes necesarios para operar, controlar y optimizar el rendimiento del aerogenerador 100. El rotor 104 del aerogenerador incluye un buje central 105 y una pluralidad de palas 106 que se proyectan hacia fuera desde el buje central 105. En la realización ilustrada, el rotor 104 incluye tres palas 106, pero el número puede variar. Además, el aerogenerador comprende un sistema de control. El sistema de control se puede colocar dentro de la góndola o distribuir en una serie de ubicaciones dentro de la turbina y conectar de manera comunicativa.
El aerogenerador 100 se puede incluir entre una colección de otros aerogeneradores pertenecientes a una planta de energía eólica, a la que también se hace referencia como granja eólica o parque eólico, que sirven como una planta de generación de energía conectada por líneas de transmisión con una red eléctrica. La red eléctrica generalmente consta de una red de centrales eléctricas, circuitos de transmisión y subestaciones acopladas por una red de líneas de transmisión que transmiten la energía a las cargas en forma de usuarios finales y otros clientes de empresas públicas de servicios eléctricos.
La figura 2 ilustra esquemáticamente una realización de un sistema de control 200 junto con elementos de un aerogenerador. El aerogenerador comprende palas de rotor 106 que están conectadas mecánicamente a un generador eléctrico 202 a través de la caja de engranajes 203. En los sistemas de accionamiento directo y otros sistemas, la caja de engranajes 203 puede no estar presente. La energía eléctrica generada por el generador 202 se inyecta en una red eléctrica 204 a través de un convertidor eléctrico 205. El generador eléctrico 202 y el convertidor 205 se pueden basar en una arquitectura de convertidor de escala completa (FSC) o una arquitectura de generador de inducción de doble alimentación (DFIG), pero se pueden usar otros tipos.
El sistema de control 200 comprende una serie de elementos, incluyendo al menos un controlador principal 220 con un procesador y una memoria, de modo que el procesador sea capaz de ejecutar tareas informáticas en base a instrucciones almacenadas en la memoria. En general, el controlador de aerogenerador asegura que, en operación, el aerogenerador genera un nivel de potencia de salida solicitado. Esto se obtiene ajustando el ángulo de paso de las palas 106 y/o la extracción de potencia del convertidor 205. Con este fin, el sistema de control comprende un sistema de paso que incluye un controlador de paso 207 controlado usando una señal de referencia de paso 208, y un sistema de potencia que incluye un controlador de potencia 209 controlado usando una señal de referencia de potencia 206. El controlador de potencia 209 y el convertidor 205 se pueden considerar juntos que son un sistema de control de potencia. El rotor de aerogenerador comprende palas de rotor que se pueden inclinar mediante un mecanismo de paso. El rotor comprende un sistema de paso individual que es capaz de hacer un paso individual de las palas del rotor, y puede comprender un sistema de paso común que ajusta todos los ángulos de paso en todas las palas del rotor al mismo tiempo. El sistema de control, o los elementos del sistema de control, se pueden colocar en un controlador de central eléctrica (no mostrado) de modo que la turbina se pueda operar en base a instrucciones proporcionadas externamente.
Para asegurar que la señal de referencia de potencia 206 no dañe el controlador de potencia (o par) 209 o el convertidor 205, el tamaño de la señal de referencia de potencia 206 está limitado de modo que no pueda exceder un valor máximo predeterminado, tal como un valor de voltaje máximo.
La figura 3 ilustra elementos de un sistema de control 300 que emplea un esquema convencional para limitar la señal de referencia de potencia 206. La señal de referencia de potencia comprende dos componentes diferentes. Un componente primario se genera por un sistema de control primario 301 (“Sistema P.”) para controlar la salida de potencia de la turbina. Un componente secundario se genera por un sistema de control secundario 302 (“Sistema S.”) para proporcionar pequeñas variaciones a la señal de referencia de potencia, por ejemplo, para el control de amortiguación. El sistema de control primario 301 puede ser el controlador principal 220 y el sistema de control secundario 302 puede ser un controlador de amortiguación separado. Alternativamente, tanto el sistema de control primario 301 como el sistema de control secundario 302 pueden estar contenidos dentro del controlador principal 220.
Las señales de los dos sistemas de control se suman para producir la señal de referencia de potencia 206. Luego, se aplica un límite a la señal de referencia de potencia 206 por el limitador 304, antes de que la señal de referencia de potencia 206 se pase al controlador de potencia 209 o al convertidor 205 (es decir, al sistema de control de potencia o al sistema de control de par). Aunque se muestran como componentes separados por claridad, en la práctica el límite se puede aplicar por el controlador principal 220, el controlador de potencia 209 o el convertidor 205.
Si la señal de referencia de potencia 206 excede el límite, se pierde algo de la señal 206. Como el componente secundario actúa como una pequeña variación sobre la señal primaria, es probable que el componente secundario (o parte de él) se pierda cuando la señal 206 se satura de esta forma. Esto puede limitar la capacidad del sistema de control secundario 301 para controlar la turbina, por ejemplo, limitando la amortiguación que se puede aplicar.
Se ha observado en la presente invención que no es probable que variaciones pequeñas o temporales en la señal de referencia de potencia causen daños al sistema de control de potencia o par. Por lo tanto, el método convencional de aplicación de un límite único a una señal de referencia de potencia combinada corta innecesariamente las señales de control secundarias.
La figura 4 ilustra elementos de un sistema de control 400 que emplea un esquema para limitar la señal de referencia de potencia 206 según la presente invención, que puede evitar este inconveniente. En este método, la señal del sistema de control primario 401 se limita independientemente de la señal del sistema o sistemas de control secundario 402.
El sistema de control primario 401 produce una señal de referencia de potencia primaria 403. Se aplica un límite de señal de referencia de potencia primaria a la señal de referencia de potencia primaria 403 mediante el limitador primario 404. De manera similar, el sistema de control secundario 402 produce una señal de referencia de potencia secundaria 405. Se aplica un límite de señal referencia de potencia secundaria a la señal de referencia de potencia secundaria 405 mediante el limitador secundario 406. Como con el método de la figura 3, los limitadores 404, 406 son, en la práctica, parte del controlador principal 220, el controlador de potencia 209 o el convertidor 205. El convertidor puede aplicar un par al rotor de la turbina en base a la señal de referencia de potencia combinada recibida.
Solamente después de que se hayan aplicado los límites primario y secundario a las señales respectivas, se suman la señal de referencia de potencia primaria 403 y la señal de referencia de potencia secundaria 405 para formar la señal de referencia de potencia combinada 407. La señal de referencia de potencia combinada se puede limitar además opcionalmente según un límite combinado por el limitador 408, antes de ser pasada al controlador de potencia 209 y/o al convertidor 205 (es decir, el sistema de control de potencia o par). Aplicar este límite adicional puede proporcionar una capa adicional de protección al sistema de control de potencia o par.
Por lo tanto, el presente método distingue entre una señal de referencia de potencia principal, primaria, que tiene el potencial de causar daño al sistema de control de potencia o par; y una señal de referencia de potencia secundaria, que probablemente no cause daños. Se aplican límites separados a cada componente antes de que las señales primaria y secundaria se combinen en la señal de referencia de potencia. De esta forma, el sistema de control de potencia o par está protegido, pero los mecanismos de control secundarios, tales como los sistemas de amortiguación, no están limitados innecesariamente.
La señal de referencia de potencia primaria se puede asociar con el control de potencia de salida de la turbina. La señal de referencia de potencia secundaria se puede asociar con mecanismos de control secundarios, tales como el control de amortiguación.
La figura 5 muestra un diagrama de flujo de los pasos de un método 500 que se puede seguir para implementar el esquema ilustrado en la figura 4.
En el paso 501, se proporciona una señal de referencia de potencia primaria 403. La señal de referencia de potencia primaria puede ser una señal estática o semiestática. En particular, la señal de referencia de potencia primaria se puede considerar estática en relación con una escala de tiempo característica de la señal secundaria (por ejemplo, el período de una señal secundaria alterna).
En el paso 502, la señal de referencia de potencia primaria 403 se limita según un límite de señal primaria.
En el paso 503, se proporciona una señal de referencia de potencia secundaria 405.
En el paso 504, la señal de referencia de potencia secundaria 405 se limita según un límite de señal secundaria. En general, el límite de señal secundaria puede ser mucho más pequeño que el límite de señal primaria, por ejemplo, menor que el 5% del límite de señal primaria.
En el paso 505, la señal de referencia de potencia primaria 403 y la señal de referencia de potencia secundaria 405 se combinan para proporcionar una señal de referencia de potencia combinada 407.
En el paso 506, la señal de referencia de potencia combinada 407 se proporciona a un sistema de control de potencia o par del aerogenerador. Esto puede comprender pasar la señal de referencia de potencia combinada 407 al controlador de potencia 209, un controlador de par o directamente al convertidor 205.
La señal de referencia de potencia secundaria 405 puede ser una señal de referencia de potencia alterna o una señal de referencia de potencia temporal. Una señal alterna promedia cero con el tiempo, y así el impacto a largo plazo en el sistema de control de potencia o par es limitado, incluso si la señal alterna lleva la señal de referencia de potencia combinada por encima del límite convencional para ese controlador. De manera similar, una señal de referencia de potencia temporal no tiene un impacto a largo plazo en la salud del sistema de control de potencia o par. Una señal temporal puede ser un pulso u otra señal de corta duración. Por ejemplo, la duración de pulso puede estar entre 1 y 30 segundos, o entre 10 y 30 segundos. La duración máxima de pulso puede variar dependiendo del
ajuste de potencia actual de la turbina 100, o el tamaño de la referencia de potencia primaria. Por ejemplo, la duración puede ser de 10 segundos al 10% de la potencia nominal o de 30 segundos al 2% de la potencia nominal. La señal de referencia de potencia secundaria en sí misma puede comprender una pluralidad de señales de sistema de control (secundarias) sumadas entre sí. Por ejemplo, la señal de referencia de potencia secundaria puede comprender una señal asociada con la amortiguación de tren de transmisión (DTD) y una señal asociada con la amortiguación de torre lado a lado (SSTD). En algunas realizaciones de la invención, cada señal de sistema de control se puede limitar individualmente según un límite individual respectivo, antes de combinar esas señales entre sí para formar la señal de referencia de potencia secundaria 405.
En otras palabras, se puede aplicar un límite individual a cada componente separado de la referencia de potencia secundaria antes de que esos componentes se combinen en la referencia de potencia secundaria. Esto permite que los límites se establezcan en base a la naturaleza de ese componente. Por ejemplo, puede ser deseable permitir que los componentes asociados con ciertos sistemas de control alcancen valores de pico más altos que componentes asociados con otros sistemas de control.
La figura 6 ilustra elementos de un controlador alternativo 600 en el que se aplican límites individuales para separar las señales de sistema de control de la señal de referencia de potencia secundaria 405.
El sistema de control principal 601 produce una señal de referencia de potencia primaria 603. Se aplica un límite de señal de referencia de potencia primaria a la señal de referencia de potencia primaria 603 mediante el limitador primario 604, de manera similar al proceso descrito anteriormente en relación con la figura 4.
Una pluralidad de sistemas de control secundario 602a-c se alimentan en la señal de referencia de potencia secundaria. Aunque en la figura 6 se representan tres sistemas de control secundario 602a-c, se puede usar cualquier número de sistemas de control secundario. Cada sistema de control secundario 602a-c genera unas señales de sistema de control 605a-c respectivas. Se aplica un límite individual respectivo a cada señal de sistema de control 605a-c mediante los limitadores 606a-c. Solamente después de que se haya aplicado el límite, las señales de sistema de control 605a-c se suman entre sí para formar la señal de referencia de potencia secundaria 607. Opcionalmente, la señal de referencia de potencia secundaria 607 combinada se puede limitar en sí misma según un límite secundario combinado por el limitador 608. La señal de referencia de potencia secundaria 607 se suma luego con la señal de referencia de potencia primaria 603 para formar la señal de referencia de potencia combinada 609. La señal de referencia de potencia combinada se puede limitar opcionalmente según un límite de referencia de potencia combinado mediante el limitador 610, antes de ser proporcionada a la potencia o controlador de potencia 209 (o al convertidor 205 o, de manera general, al sistema de control de potencia o par).
Los límites individuales aplicados a las señales de sistema de control 605a-c pueden estar predeterminados y se pueden seleccionar en base al sistema de control 602a-c particular que genera esa señal 605a-c. Por ejemplo, a los sistemas de amortiguación importantes se les puede establecer un límite individual más alto que a otros sistemas, para asegurar que el control de la amortiguación no esté limitado. En otras realizaciones, los límites individuales pueden ser variables. En particular, los límites pueden variar en base a las necesidades actuales de la turbina. Los límites individuales, o el límite secundario, se pueden establecer además o alternativamente en base a los requisitos del convertidor 205, o de los componentes de la red eléctrica a la que está conectada la turbina. Por ejemplo, los límites se pueden establecer para asegurar que el convertidor 205 u otros componentes no se sobrecalienten.
Tales realizaciones pueden comprender identificar una o más de la pluralidad de señales de sistema de control 605a-c como una señal de prioridad. Las señales de prioridad se pueden seleccionar en base a las condiciones actuales de los sistemas de control secundario 602a-c respectivos. A las señales de sistema de control 605a-c que se han identificado como señales prioritarias entonces se les pueden dar límites individuales aumentados, para evitar que esas señales lleguen a estar saturadas. Para compensar esto, a las señales no prioritarias se les pueden dar límites individuales reducidos, para asegurar que la referencia de potencia secundaria 607 combinada no exceda un límite seguro. Esto puede comprender, por ejemplo, identificar una señal de prioridad más baja de las señales de sistema de control 605a-c, y reducir su límite individual lo suficiente para compensar las señales de prioridad. Si el límite de esa señal de prioridad más baja se reduce a cero, entonces se puede ajustar el límite de la siguiente señal de prioridad más baja, y así sucesivamente. Alternativamente, todas las señales no prioritarias se pueden ajustar, por ejemplo, aplicando una función de ponderación a las señales no prioritarias.
En general, modificar las señales no prioritarias de la pluralidad de señales de sistema de control puede comprender aplicar un factor de reducción respectivo a la una o más de las otras señales de la pluralidad de señales de sistema de control. Tal limitación dinámica garantiza que se conserven las formas de onda de las señales, más que simplemente recortar los picos más altos de las señales (es decir, una onda sinusoidal sigue siendo una onda sinusoidal, pero en escala reducida). En realizaciones alternativas, se puede usar el recorte para modificar las señales.
Tales realizaciones permiten de este modo que se prioricen ciertos sistemas de control secundario 602a-c, al mismo tiempo que protege el sistema de control de potencia o par contra daños. Esto puede ser ventajoso, por ejemplo, cuando un sistema de control secundario está cerca de un límite de supervisión (por ejemplo, un parámetro
operativo de la turbina, tal como las vibraciones, son tan grande que la turbina puede tener que ser apagada). En algunas realizaciones, este esquema de priorización solamente se puede implementar cuando se determina que la señal de referencia de potencia secundaria 607 excede el límite de señal secundaria - es decir, donde se puede perder algo de la señal de referencia de potencia secundaria 607. En tales realizaciones, cuando la señal de referencia de potencia secundaria 607 está por debajo del límite de referencia de potencia secundaria, los límites individuales se pueden establecer en niveles predeterminados.
La figura 7 ilustra componentes de un sistema de control 700 en el que se implementa la priorización de señales de sistema de control secundario. Como en el sistema 600, una pluralidad de sistemas de control secundario 702a-c alimentan la señal de referencia de potencia secundaria. Aunque en la figura 7 se representan tres sistemas de control secundario 702a-c, se puede usar cualquier número de sistemas de control secundario. Cada sistema de control secundario 702a-c genera señales de un sistema de control 705a-c respectivo. Se aplica un límite individual (fa, fb, fc) respectivo a cada señal de sistema de control 705a-c mediante los limitadores 706a-c. Solamente después de que se haya aplicado el límite, las señales de sistema de control 705a-c se suman entre sí para formar la señal de referencia de potencia secundaria 707. Se aplica un límite de referencia de potencia secundaria combinado a la señal de referencia de potencia secundaria 707 combinada mediante el limitador 708. La señal de referencia de potencia 707 combinada luego se combina con la señal de referencia de potencia primaria, como se ha descrito anteriormente para el sistema de control 600.
Los límites individuales fa, fb, fc se seleccionan en base a la diferencia entre la suma de las señales de control 705a-c y el límite de potencia secundario combinado. El valor de pico de cada señal de control 705a-c se estima por los bloques estimadores 711a-c respectivos. Estos valores de pico se suman entre sí para proporcionar una señal de pico 712 combinada. La señal de pico combinada se divide luego en dos partes 713, 714. El límite de referencia de potencia secundaria combinado se aplica a una primera parte por el limitador 714. La segunda parte 715 no se limita. Luego se determina la diferencia entre la segunda parte 715 y la primera parte 713 limitada para producir una señal de diferencia 716. La señal de diferencia 716 es efectivamente la cantidad total de señal que se debe eliminar de las señales de sistema de control 702a-c para cumplir con el límite de señal de referencia de potencia secundaria combinada. La señal de diferencia 716 se proporciona para limitar al bloque de determinación 717, que establece los límites individuales fa, fb, fc en base a la señal de diferencia 716 y las prioridades respectivas de los sistemas de control secundario 702a-c.
Se observa que, como con las otras realizaciones de los sistemas de control descritos anteriormente, al menos algunos de los diversos elementos del sistema de control 700 se pueden implementar realmente como operaciones realizadas por el controlador principal 220 u otros controladores del sistema de control 200. En particular, se puede configurar un controlador del aerogenerador para realizar los pasos de: estimar un valor de pico de cada señal de control 705a-c; sumar los valores de pico; determinar una diferencia entre la suma de los valores de pico y el límite de referencia de potencia secundaria combinado; y seleccionar los límites individuales en base a la diferencia y en base a una prioridad asociada con los sistemas de control secundario 702a-c.
Además de que los límites individuales sean variables, cualquier otro límite descrito en las realizaciones anteriores también puede ser variable. Por ejemplo, el límite de señal combinada (es decir, primaria secundaria) puede ser variable. Este límite de señal combinada se puede ajustar en base a las condiciones actuales de la turbina. Por ejemplo, el controlador de turbina principal podría ajustar el límite de señal combinada, o el sistema de control de potencia o par (o convertidor) se podría configurar para ajustar el límite de señal combinada. Por ejemplo, el convertidor se está calentando demasiado, el límite de señal combinada se puede reducir.
Aunque la invención se ha descrito anteriormente con referencia a una o más realizaciones preferidas, se apreciará que se pueden hacer diversos cambios o modificaciones sin apartarse del alcance de la invención como se define en las reivindicaciones adjuntas.
Claims (14)
1. Un método de control de un aerogenerador, el método que comprende:
proporcionar una señal de referencia de potencia primaria (603);
limitar la señal de referencia de potencia primaria según un límite de señal primaria;
proporcionar una señal de referencia de potencia secundaria (607) que comprende una pluralidad de señales de sistema de control sumadas entre sí;
determinar que la señal de referencia de potencia secundaria excede un límite de señal secundaria;
identificar una o más de la pluralidad de señales de sistema de control como una señal de prioridad; modificar las otras señales de la pluralidad de señales de sistema de control para limitar la señal de referencia de potencia secundaria al límite de señal secundaria;
combinar la señal de referencia de potencia primaria y la señal de referencia de potencia secundaria para proporcionar una señal de referencia de potencia combinada (609); y
proporcionar la señal de referencia de potencia combinada a un sistema de control de potencia o par del aerogenerador.
2. El método de la reivindicación 1, en donde la señal de referencia de potencia secundaria es una señal de referencia de potencia alterna o una señal de referencia de potencia temporal.
3. El método de la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en donde limitar la señal de referencia de potencia secundaria comprende limitar individualmente cada señal de sistema de control según un límite individual respectivo.
4. El método de la reivindicación 1, en donde modificar las otras señales de la pluralidad de señales de sistema de control comprende aplicar un factor de reducción respectivo a una o más de las otras señales de la pluralidad de señales de sistema de control.
5. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1 o 4, en donde identificar una de la pluralidad de señales de sistema de control como una señal de prioridad comprende:
determinar que un parámetro operativo del aerogenerador se acerca a o excede un límite de supervisión; y seleccionar una señal de sistema de control asociada con el parámetro operativo como la señal de prioridad.
6. El método de cualquiera de las reivindicaciones 3-5, en donde una o más de las señales de sistema de control están asociadas con los sistemas de control de amortiguación del aerogenerador.
7. El método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la señal de referencia de potencia primaria es una señal estática o semiestática.
8. El método de cualquier reivindicación anterior, que comprende además limitar la señal de referencia de potencia combinada según un límite de señal combinada antes de proporcionar la señal de referencia de potencia combinada al sistema controlador de potencia o par.
9. El método de la reivindicación 8, en donde el límite de señal combinada es variable.
10. El método de cualquier reivindicación anterior, en donde el límite de señal secundaria limita un valor de pico de la señal de referencia de potencia secundaria a un valor que es una proporción predeterminada del límite de señal primaria.
11. El método de cualquier reivindicación anterior, en donde proporcionar la señal de referencia de potencia combinada al sistema de control de potencia o par comprende proporcionar la señal de referencia de potencia combinada a un controlador de potencia o par, o a un convertidor de la turbina.
12. Un sistema de control de aerogenerador configurado para proporcionar una señal de referencia de potencia combinada para un sistema de control de potencia o par de un aerogenerador, en donde el sistema de control está configurado para:
proporcionar una señal de referencia de potencia primaria (603);
limitar la señal de referencia de potencia primaria según un límite de señal primaria;
proporcionar una señal de referencia de potencia secundaria (607) que comprende una pluralidad de señales de sistema de control sumadas entre sí;
determinar que la señal de referencia de potencia secundaria excede un límite de señal secundaria;
identificar una o más de la pluralidad de señales de sistema de control como una señal de prioridad; modificar las otras señales de la pluralidad de señales de sistema de control para limitar la señal de referencia de potencia secundaria al límite de señal secundaria; y
combinar la señal de referencia de potencia primaria y la señal de referencia de potencia secundaria para proporcionar una señal de referencia de potencia combinada (609).
13. El sistema de control de la reivindicación 12, en donde el sistema de control está configurado además para realizar el método de cualquiera de las reivindicaciones 2-11.
14. Un aerogenerador que comprende un sistema de control según la reivindicación 12 o la reivindicación 13.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DKPA201870826 | 2018-12-19 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2927576T3 true ES2927576T3 (es) | 2022-11-08 |
Family
ID=68886770
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES19215159T Active ES2927576T3 (es) | 2018-12-19 | 2019-12-11 | Control de un aerogenerador en base a una referencia de potencia combinada |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US11038400B2 (es) |
| EP (1) | EP3670898B1 (es) |
| CN (1) | CN111336064B (es) |
| ES (1) | ES2927576T3 (es) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109931217B (zh) * | 2017-12-15 | 2020-05-12 | 新疆金风科技股份有限公司 | 风力发电机组停机控制方法及系统 |
Family Cites Families (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4189648A (en) * | 1978-06-15 | 1980-02-19 | United Technologies Corporation | Wind turbine generator acceleration control |
| JP2005080368A (ja) * | 2003-08-29 | 2005-03-24 | Fuji Electric Systems Co Ltd | 無効電力補償装置の制御回路 |
| JP4547026B2 (ja) * | 2005-04-12 | 2010-09-22 | ジーメンス エレクトロニクス アセンブリー システムズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング ウント コンパニー コマンディートゲゼルシャフト | 二次部分の動作状態監視を行う、無接点電流供給のための一次部分 |
| US7345373B2 (en) * | 2005-11-29 | 2008-03-18 | General Electric Company | System and method for utility and wind turbine control |
| US8237301B2 (en) * | 2008-01-31 | 2012-08-07 | General Electric Company | Power generation stabilization control systems and methods |
| ES2374666T3 (es) * | 2008-07-16 | 2012-02-20 | Siemens Aktiengesellschaft | Método y disposición para amortiguar oscilaciones de torre. |
| EP2478609B1 (en) * | 2009-09-18 | 2018-04-11 | Vestas Wind Systems A/S | A method of controlling a wind turbine generator and apparatus for controlling electric power generated by a wind turbine generator |
| NZ607114A (en) * | 2010-09-28 | 2014-10-31 | Siemens Ag | Power oscillation damping by a converter-based power generation device |
| US9059647B2 (en) | 2010-11-16 | 2015-06-16 | Hamilton Sundstrand Corporation | High voltage DC power generation |
| EP2487784B1 (en) * | 2011-02-14 | 2013-08-21 | Siemens Aktiengesellschaft | Method and system for controlling a DC link voltage of a power converter connecting an electric generator of a wind turbine with a power grid |
| US8853877B1 (en) * | 2013-05-29 | 2014-10-07 | General Electric Company | System and method for controlling a wind farm |
| CN107076116B (zh) * | 2014-10-13 | 2019-04-23 | 维斯塔斯风力系统集团公司 | 用于减少电网中扰动的用于风力涡轮机的控制系统 |
| CN104533732B (zh) * | 2015-01-23 | 2017-07-14 | 中船重工(重庆)海装风电设备有限公司 | 一种抑制风力发电机组塔架左右振动的控制方法及装置 |
| US10156224B2 (en) * | 2015-03-13 | 2018-12-18 | General Electric Company | System and method for controlling a wind turbine |
| EP3504425B1 (en) | 2016-10-28 | 2022-08-24 | Siemens Gamesa Renewable Energy A/S | Damping wind turbine tower oscillations |
| CN108599253A (zh) * | 2018-05-25 | 2018-09-28 | 国家电网公司西北分部 | 一种风电机组场级一次调频与阻尼控制的联合控制方法 |
-
2019
- 2019-12-11 EP EP19215159.5A patent/EP3670898B1/en active Active
- 2019-12-11 ES ES19215159T patent/ES2927576T3/es active Active
- 2019-12-18 CN CN201911306252.6A patent/CN111336064B/zh active Active
- 2019-12-19 US US16/720,128 patent/US11038400B2/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US11038400B2 (en) | 2021-06-15 |
| US20200204041A1 (en) | 2020-06-25 |
| EP3670898B1 (en) | 2022-09-21 |
| CN111336064A (zh) | 2020-06-26 |
| CN111336064B (zh) | 2022-02-22 |
| EP3670898A1 (en) | 2020-06-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| ES2411355T3 (es) | Restricción de potencia en turbinas eólicas | |
| US8664788B1 (en) | Method and systems for operating a wind turbine using dynamic braking in response to a grid event | |
| CN105556117B (zh) | 用于风力涡轮机的控制方法 | |
| EP2451073B1 (en) | Variable-speed power generation device and control method therefor | |
| EP2360375B1 (en) | Method for operating a power dissipating unit in a wind turbine | |
| ES2640715T3 (es) | Control de frecuencia de central eólica | |
| ES2893314T3 (es) | Método y disposición para controlar una turbina eólica | |
| EP2249029B1 (en) | A wind turbine | |
| US8108080B2 (en) | Monitoring and control apparatus and method and wind power plant equipped with the same | |
| ES2365630T3 (es) | Método y sistema de control del convertidor de una instalación de generación eléctrica conectada a una red eléctrica ante la presencia de huecos de tensión en dicha red. | |
| JP5439340B2 (ja) | ウインドファームの制御装置、ウインドファーム、及びウインドファームの制御方法 | |
| ES2703542T3 (es) | Gestión de velocidad de una turbina eólica cuando se conmutan configuraciones eléctricas | |
| EP3117096B1 (en) | Control method for a wind turbine | |
| ES2923144T3 (es) | Control de un aerogenerador mediante la modificación de parámetros de número de revoluciones | |
| EP2075890B1 (en) | Method for fast frequency regulation using a power reservoir | |
| Wu et al. | Comprehensive modeling and analysis of permanent magnet synchronous generator-wind turbine system with enhanced low voltage ride through capability | |
| ES2927576T3 (es) | Control de un aerogenerador en base a una referencia de potencia combinada | |
| ES2613181T3 (es) | Métodos y sistemas para aliviar cargas en aerogeneradores marinos | |
| CA2901713C (en) | System and method for improving reactive current response time in a wind turbine | |
| US11355935B2 (en) | Method of controlling a wind turbine | |
| Chen et al. | Supplemental control for enhancing primary frequency response of DFIG-based wind farm considering security of wind turbines | |
| ES2949427T3 (es) | Procedimiento de control para proteger devanados primarios de transformadores de turbina eólica | |
| ES2941641T3 (es) | Método de control de un generador de aerogenerador | |
| ES2386436B1 (es) | Metodo de control para una instalacion eolica de generacion electrica | |
| Atallah et al. | Comparison between wind farm aggregation techniques to analyze power system dynamics |