ES2932858T3

ES2932858T3 - Procedimiento, uso y sistema para controlar la tensión de enlace de CC de un convertidor de potencia de un sistema de potencia eléctrica

Info

Publication number: ES2932858T3
Application number: ES19216588T
Authority: ES
Inventors: Robert Gregory Wagoner; David Smith
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2018-12-18
Filing date: 2019-12-16
Publication date: 2023-01-27
Anticipated expiration: 2039-12-16
Also published as: DK3672062T3; US10797486B2; EP3672062A1; EP3672062B1; US20200195012A1

Abstract

Un sistema y método (100) para controlar el voltaje de un enlace de CC (244) de un convertidor de potencia (210) de un sistema de energía de turbina eólica (200) conectado a una red eléctrica (242) incluye operar el enlace de CC (244) para un punto de ajuste de voltaje óptimo que logra una operación de estado estable del convertidor de potencia (210). El método (100) también incluye monitorear la velocidad del sistema de energía de la turbina eólica (200). Tras la detección de una o más condiciones de velocidad que ocurren en el sistema de energía de la turbina eólica (200), el método (100) incluye seleccionar un primer punto de ajuste de voltaje máximo para el enlace de CC (244) o un segundo punto de ajuste de voltaje máximo para el enlace de CC. (244). Además, el método (100) incluye aumentar el punto de ajuste de voltaje óptimo al primer o segundo punto de ajuste de voltaje máximo seleccionado del enlace de CC (244). Además, (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento, uso y sistema para controlar la tensión de enlace de CC de un convertidor de potencia de un sistema de potencia eléctrica

Campo

[0001] La presente divulgación se refiere en general a sistemas de potencia eléctrica y, más en particular, a un sistema y procedimiento para controlar la tensión de un enlace de CC de un convertidor de potencia de un sistema de potencia eléctrica, tal como un sistema de potencia de turbina eólica, conectado a una red eléctrica.

Antecedentes

[0002] La energía eólica se considera una de las fuentes de energía más limpias y más respetuosas con el medioambiente disponibles actualmente, y las turbinas eólicas han obtenido una creciente atención a este respecto. Una turbina eólica moderna incluye típicamente una torre, un generador, una caja de engranajes, una góndola y una o más palas de rotor. Las palas de rotor captan energía cinética del viento usando principios aerodinámicos conocidos. Por ejemplo, las palas de rotor tienen típicamente el perfil de sección transversal de un perfil alar de modo que, durante el funcionamiento, el aire fluye sobre la pala produciendo una diferencia de presión entre los lados. En consecuencia, una fuerza de sustentación, que está dirigida desde un lado de presión hacia un lado de succión, actúa sobre la pala. La fuerza de sustentación genera un par de torsión en el eje de rotor principal, que está engranado con el generador para producir electricidad.

[0003] Más específicamente, la caja de engranajes aumenta la velocidad de rotación inherentemente baja del rotor para que el generador convierta eficazmente la energía mecánica de rotación en energía eléctrica, que se introduce en una red de suministro por medio de al menos una conexión eléctrica. También existen turbinas eólicas de accionamiento directo sin engranajes.

[0004] Algunas configuraciones de turbina eólica incluyen generadores de inducción doblemente alimentados (“doubly-fed induction generators” o DFIG). Dichas configuraciones también pueden incluir convertidores de potencia que se usan para convertir una frecuencia de potencia eléctrica generada en una frecuencia sustancialmente similar a una frecuencia de red de suministro. Además, dichos convertidores, junto con el DFIG, también transmiten potencia eléctrica entre la red de suministro y el generador así como transmiten potencia de excitación de generador a un rotor de generador devanado desde una de las conexiones a la red de suministro eléctrico. Por ejemplo, el documento US 2018/026563 A1 describe un circuito de potencia eléctrica de turbina eólica conectado a una red eléctrica y el procedimiento de funcionamiento del mismo. El circuito de potencia eléctrica tiene un convertidor de potencia acoplado eléctricamente a un generador, en particular un generador de inducción doblemente alimentado, que tiene un rotor y un estátor. El procedimiento incluye hacer funcionar conexiones de rotor del rotor del generador en una configuración de estrella durante un primer intervalo de operación de velocidad de rotor. Además, el procedimiento incluye monitorizar una velocidad de rotor del rotor del generador. Por tanto, el procedimiento también incluye hacer una transición de las conexiones de rotor del rotor desde la configuración de estrella hasta una configuración delta si la velocidad de rotor cambia a un segundo intervalo de operación de velocidad de rotor. De forma alternativa, algunas configuraciones de turbina eólica incluyen, sin limitación, tipos alternativos de generadores de inducción, generadores síncronos de imanes permanentes (“permanent magnet” o PM), generadores síncronos excitados eléctricamente y generadores de reluctancia conmutada. Estas configuraciones alternativas también pueden incluir convertidores de potencia que se usan para convertir las frecuencias como se describe anteriormente y transmitir potencia eléctrica entre la red de suministro y el generador.

[0005] Sin embargo, a medida que se incrementa el intervalo deseado de aplicaciones para los sistemas de turbina eólica con DFIG, la respuesta a las oscilaciones momentáneas de red y las perturbaciones de red provoca oscilaciones de potencia dentro y fuera del convertidor de potencia, lo que puede crear perturbaciones en la tensión de bus de CC en el convertidor de potencia. Para un intervalo de velocidad extendido de la turbina eólica, hacer funcionar el DFIG a velocidades muy bajas da como resultado un VCA de rotor mayor, lo que empuja el bus de CC a un nivel mayor. El funcionamiento en esta condición durante un largo período de tiempo puede dar como resultado daños a los IGBT en el convertidor de potencia, ya que superan el nivel de tensión máxima, limitado por la combinación de IGBT y controlador de puerta.

[0006] En consecuencia, la presente divulgación está dirigida a un procedimiento, un uso y sistema definidos por las reivindicaciones independientes para optimizar el margen de control de tensión de CC para sistemas de potencia eléctrica, tales como sistemas de potencia de turbina eólica, para abordar los problemas mencionados anteriormente.

Breve descripción

[0007] Se expondrán, en parte, aspectos y ventajas de la invención en la siguiente descripción, o pueden ser obvios a partir de la descripción, o se pueden aprender a través de la puesta en práctica de la invención.

[0008] En un aspecto, la presente divulgación está dirigida a un procedimiento para controlar la tensión de un enlace de CC de un convertidor de potencia de un sistema de potencia de turbina eólica conectado a una red eléctrica. El procedimiento incluye hacer funcionar el enlace de CC hasta una consigna de tensión óptima que logra el funcionamiento en estado estacionario del convertidor de potencia. El procedimiento también incluye monitorizar una velocidad del sistema de potencia de turbina eólica. Tras la detección de una o más condiciones de velocidad que se producen en el sistema de potencia de turbina eólica, el procedimiento incluye seleccionar una primera consigna de tensión máxima para el enlace de CC o una segunda consigna de tensión máxima para el enlace de CC. Además, el procedimiento incluye incrementar la consigna de tensión óptima hasta la primera o segunda consigna de tensión máxima seleccionada del enlace de CC. Además, el procedimiento incluye hacer funcionar el enlace de CC en la primera o segunda consigna de tensión máxima seleccionada hasta que pase la una o más condiciones de velocidad para optimizar el control de tensión del enlace de CC.

[0009] En un modo de realización, la(s) condición/condiciones de velocidad puede(n) incluir al menos una condición de velocidad excesiva o una condición de velocidad insuficiente. En otro modo de realización, el procedimiento puede incluir además seleccionar la primera consigna de tensión máxima para el enlace de CC o la segunda consigna de tensión máxima para el enlace de CC en base a si la detección de la una o más condiciones de velocidad comprende la condición de velocidad excesiva o la condición de velocidad insuficiente.

[0010] En otros modos de realización, el procedimiento puede incluir seleccionar la primera consigna de tensión máxima para el enlace de CC cuando la(s) condición/condiciones de velocidad incluye(n) la condición de velocidad excesiva y seleccionar la segunda consigna de tensión máxima para el enlace de CC cuando la(s) condición/condiciones de velocidad incluye(n) la condición de velocidad insuficiente. En dichos modos de realización, la primera consigna de tensión máxima para el enlace de CC puede ser mayor que la segunda consigna de tensión máxima para el enlace de CC.

[0011] En varios modos de realización, la condición de velocidad excesiva puede incluir velocidades a aproximadamente o que superan la velocidad de desconexión, mientras que la condición de velocidad insuficiente puede incluir velocidades a aproximadamente o que superan la velocidad de conexión.

[0012] En modos de realización particulares, el procedimiento también puede incluir limitar un período de tiempo en el que se permite que el enlace de CC funcione en la primera consigna de tensión máxima.

[0013] Aún en otro modo de realización, el sistema de potencia de turbina eólica puede incluir un generador de inducción doblemente alimentado (DFIG).

[0014] En otro aspecto, la presente divulgación está dirigida a un sistema de potencia eléctrica conectado a una red eléctrica. El sistema de potencia eléctrica incluye un generador y un convertidor de potencia acoplado al generador. El convertidor de potencia está configurado para convertir una frecuencia de potencia eléctrica generada del generador en una frecuencia sustancialmente similar a una frecuencia de la red eléctrica. Además, el convertidor de potencia incluye un convertidor de lado de rotor, un convertidor de lado de línea, un enlace de CC y un módulo de control configurado para realizar una o más operaciones. Las operaciones incluyen, por ejemplo, hacer funcionar el enlace de CC hasta un consigna de tensión óptima que logra el funcionamiento en estado estacionario del convertidor de potencia, monitorizar una velocidad del sistema de potencia de turbina eólica, tras la detección de una o más condiciones de velocidad que se producen en el sistema de potencia de turbina eólica, seleccionar una primera consigna de tensión máxima para el enlace de CC o una segunda consigna de tensión máxima para el enlace de CC, incrementar la consigna de tensión óptima hasta la primera o segunda consigna de tensión máxima seleccionada del enlace de CC y hacer funcionar el enlace de CC a la primera o segunda consigna de tensión máxima seleccionada hasta que pase la una o más condiciones de velocidad para optimizar el control de tensión del enlace de CC. Se debe entender que el sistema de potencia eléctrica puede incluir además cualquiera de los rasgos característicos adicionales como se describe en el presente documento.

[0015] Aún en otro aspecto, la presente divulgación está dirigida a un procedimiento para controlar la tensión de un enlace de CC de un convertidor de potencia de un sistema de potencia de turbina eólica conectado a una red eléctrica. El procedimiento incluye hacer funcionar el enlace de CC hasta una consigna de tensión óptima que logra el funcionamiento en estado estacionario del convertidor de potencia. El procedimiento también incluye monitorizar una velocidad del sistema de potencia de turbina eólica. Tras la detección de una o más condiciones de velocidad que se producen en el sistema de potencia de turbina eólica, el procedimiento incluye incrementar temporalmente la consigna de tensión óptima hasta una consigna de tensión máxima del enlace de CC. Además, el procedimiento incluye hacer funcionar el enlace de CC a la una consigna de tensión máxima hasta que pase la una o más condiciones de velocidad para optimizar el control de tensión del enlace de CC. Se debe entender que el procedimiento puede incluir además cualquiera de las etapas y/o rasgos característicos adicionales como se describe en el presente documento.

[0016] Estos y otros rasgos característicos, aspectos y ventajas de la presente invención se entenderán mejor con referencia a la siguiente descripción y reivindicaciones adjuntas. Los dibujos adjuntos, que se incorporan a y forman parte de esta memoria descriptiva, ilustran modos de realización de la invención y, conjuntamente con la descripción, sirven para exponer los principios de la invención.

Breve descripción de los dibujos

[0017] En la memoria descriptiva se expone una divulgación completa y suficiente de la presente invención, incluyendo el mejor modo de la misma, dirigida a un experto en la técnica, que hace referencia a las figuras adjuntas, en las que:

la FIG. 1 ilustra una vista en perspectiva de un modo de realización de una parte de una turbina eólica de acuerdo con la presente divulgación;

la FIG. 2 ilustra una vista esquemática de un modo de realización de un sistema eléctrico y de control de acuerdo con la presente divulgación que se puede usar con la turbina eólica mostrada en la FIG. 1; la FIG. 3 ilustra un diagrama de bloques de un modo de realización de un sistema de convertidor de potencia de acuerdo con la presente divulgación que se puede usar con el sistema eléctrico y de control mostrado en la FIG. 2;

la FIG. 4 ilustra un diagrama de bloques de un modo de realización de un módulo de control de convertidor de rotor de acuerdo con la presente divulgación que se puede usar con el sistema de convertidor de potencia mostrado en la FIG. 3;

la FIG. 5 ilustra un diagrama de bloques de un modo de realización de un dispositivo de amortiguamiento de corriente de acuerdo con la presente divulgación que se puede usar con el módulo de control de convertidor de rotor mostrado en la FIG. 4;

la FIG. 6 ilustra un diagrama de flujo de un modo de realización de un procedimiento para controlar la tensión de un enlace de CC de un convertidor de potencia de un sistema de potencia eléctrica conectado a una red eléctrica de acuerdo con la presente divulgación;

la FIG. 7 ilustra una vista esquemática de un modo de realización de un módulo de control configurado para determinar una consigna de tensión de enlace de CC máxima basada en velocidad de acuerdo con la presente divulgación; y

la FIG. 8 ilustra un diagrama de flujo de otro modo de realización de un procedimiento para controlar la tensión de un enlace de CC de un convertidor de potencia de un sistema de potencia eléctrica conectado a una red eléctrica de acuerdo con la presente divulgación.

Descripción detallada

[0018] Ahora se hará referencia en detalle a modos de realización de la invención, de los que se ilustran uno o más ejemplos en los dibujos. Cada ejemplo se proporciona a modo de explicación de la invención, no de limitación de la invención. De hecho, resultará evidente para los expertos en la técnica que se pueden realizar diversas modificaciones y variaciones en la presente invención sin apartarse del alcance de la invención. Por ejemplo, se pueden usar los rasgos característicos ilustrados o descritos como parte de un modo de realización con otro modo de realización para proporcionar todavía otro modo de realización. Por tanto, se pretende que la presente invención cubra dichas modificaciones y variaciones que entren dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.

[0019] En referencia ahora a la FIG. 1, se ilustra una vista en perspectiva de una parte de una turbina eólica 100 de ejemplo. Como se muestra, la turbina eólica 100 incluye una góndola 102 que aloja un generador (no mostrado en la FIG. 1). Además, como se muestra, la góndola 102 está montada en una torre 104 (una parte de la torre 104 se muestra en la FIG. 1). La torre 104 puede tener cualquier altura adecuada que facilite el funcionamiento de la turbina eólica 100 como se describe en el presente documento. La turbina eólica 100 también incluye un rotor 106 que incluye tres palas de rotor 108 unidas a un buje rotatorio 110. De forma alternativa, la turbina eólica 100 puede incluir un número cualquiera de palas de rotor 108 que facilite el funcionamiento de la turbina eólica 100 como se describe en el presente documento. En un modo de realización, la turbina eólica 100 también puede incluir una caja de engranajes (no mostrada en la FIG. 1) acoplada de forma operativa al rotor 106 y un generador (no mostrado en la FIG. 1).

[0020] En referencia ahora a la FIG. 2, se ilustra una vista esquemática de un modo de realización de un sistema eléctrico y de control 200 que se puede usar con la turbina eólica 100. Como se muestra, el rotor 106 incluye las palas de rotor 108 acopladas al buje 110. El rotor 106 también incluye un eje lento 112 acoplado de forma rotatoria al buje 110. El eje lento 112 está acoplado a una caja de engranajes de aumento escalonado 114 que está configurada para aumentar la velocidad de rotación del eje lento 112 y transferir esa velocidad a un eje rápido 116. En modos de realización alternativos, la turbina eólica 100 puede incluir un generador de accionamiento directo que está acoplado de forma rotatoria al rotor 106 sin ninguna caja de engranajes intermedia. Además, como se muestra, el eje rápido 116 está acoplado de forma rotatoria al generador 118. En otro modo de realización, el generador 118 puede ser un generador de inducción de doble alimentación (DFIG) de rotor devanado trifásico (asíncrono), que incluye un estátor de generador 120 acoplado magnéticamente a un rotor de generador 122. En un modo de realización alternativo, el rotor de generador 122 puede incluir una pluralidad de imanes permanentes en lugar de devanados de rotor.

[0021] Todavía en referencia a la FIG. 2, el sistema eléctrico y de control 200 también puede incluir un controlador de turbina 202. El controlador de turbina 202 puede incluir al menos un procesador y una memoria, al menos un canal de entrada de procesador, al menos un canal de salida de procesador, y puede incluir al menos un ordenador (ninguno mostrado en la FIG. 2). Como se usa en el presente documento, el término ordenador no se limita a circuitos integrados que en la técnica se denominan ordenador, sino que se refiere en términos generales a un procesador, un microcontrolador, un microordenador, un controlador lógico programable (PLC), un circuito integrado específico de la aplicación y otros circuitos programables (ninguno mostrado en la FIG. 2), y estos términos se usan de manera intercambiable en el presente documento. En un modo de realización, la memoria puede incluir, pero no se limita a, un medio legible por ordenador, tal como una memoria de acceso aleatorio (RAM) (ninguno mostrado en la FIG. 2). De forma alternativa, también se pueden usar uno o más dispositivos de almacenamiento, tales como un disquete, una memoria de solo lectura en disco compacto (CD-ROM), un disco magnetoóptico (MOD) y/o un disco versátil digital (DVD) (ninguno mostrado en la FIG. 2). Además, en un modo de realización, los canales de entrada adicionales (no mostrados en la FIG. 2) pueden ser, pero no se limitan a, periféricos de ordenador asociados con una interfaz de operario tal como un ratón y un teclado (ninguno mostrado en la FIG. 2). Además, en un modo de realización, los canales de salida adicionales pueden incluir, pero no se limitan a, un monitor de interfaz de operario (no mostrado en la FIG. 2).

[0022] Los procesadores para el controlador de turbina 202 están configurados para procesar información transmitida desde una pluralidad de dispositivos eléctricos y electrónicos que pueden incluir, pero no se limitan a, transductores de tensión y corriente. La RAM y/o los dispositivos de almacenamiento almacenan y transfieren información e instrucciones que se van a ejecutar por el procesador. También se puede usar RAM y/o dispositivos de almacenamiento para almacenar y proporcionar variables temporales, información e instrucciones estáticas (es decir, que no cambian) u otra información intermedia a los procesadores durante la ejecución de instrucciones por los procesadores. Las instrucciones que se ejecutan incluyen, pero no se limitan a, algoritmos residentes de conversión y/o de comparación. La ejecución de secuencias de instrucciones no se limita a ninguna combinación específica de circuitos de hardware e instrucciones de software.

[0023] Todavía en referencia a la FIG. 2, el estátor de generador 120 está acoplado eléctricamente a un conmutador de sincronización de estátor 206 por medio de un bus de estátor 208. En un modo de realización, para facilitar la configuración de DFIG, el rotor de generador 122 puede estar acoplado eléctricamente a un conjunto de conversión de potencia bidireccional 210 por medio de un bus de rotor 212. De forma alternativa, el rotor de generador 122 puede estar acoplado eléctricamente al bus de rotor 212 por medio de cualquier otro dispositivo que facilita el funcionamiento del sistema 200 como se describe en el presente documento. Como otra alternativa, el sistema 200 puede estar configurado como un sistema de conversión de potencia total (no mostrado) conocido en la técnica, en el que un conjunto de conversión de potencia total (no mostrado en la FIG. 2), que es similar en diseño y funcionamiento al conjunto de conversión de potencia 210, está acoplado eléctricamente al estátor de generador 120, y dicho conjunto de conversión de potencia total facilita la canalización de potencia eléctrica entre el estátor de generador 120 y una red de transmisión y distribución de potencia eléctrica 213. En determinados modos de realización, el bus de estátor 208 transmite potencia trifásica desde el estátor de generador 120 al conmutador de sincronización de estátor 206. El bus de rotor 212 transmite potencia trifásica desde el rotor de generador 122 al conjunto de conversión de potencia 210. En otro modo de realización, el conmutador de sincronización de estátor 206 puede estar acoplado eléctricamente a un disyuntor de circuito de transformador principal 214 por medio de un bus de sistema 216. En un modo de realización alternativo, se usan uno o más fusibles (no mostrados) en lugar del disyuntor de circuito de transformador principal 214. En otro modo de realización, no se usan ni fusibles ni el disyuntor de circuito de transformador principal 214.

[0024] Además, como se muestra, el conjunto de conversión de potencia 210 incluye un filtro de rotor 218 que está acoplado eléctricamente al rotor de generador 122 por medio del bus de rotor 212. Un bus de filtro de rotor 219 acopla eléctricamente el filtro de rotor 218 a un convertidor de potencia de lado de rotor 220, y el convertidor de potencia de lado de rotor 220 está acoplado eléctricamente a un convertidor de potencia de lado de línea 222. El convertidor de potencia de lado de rotor 220 y el convertidor de potencia de lado de línea 222 son puentes de convertidor de potencia que incluyen semiconductores de potencia (no mostrados). En el modo de realización ilustrado, el convertidor de potencia de lado de rotor 220 y el convertidor de potencia de lado de línea 222 están configurados en una configuración de modulación de anchura de pulso (PWM) trifásica que incluye dispositivos de conmutación de transistor bipolar de puerta aislada (“insulated gate bipolar transistor” o IGBT) (no mostrados en la FIG. 2) que funcionan como es conocido en la técnica. De forma alternativa, el convertidor de potencia de lado de rotor 220 y el convertidor de potencia de lado de línea 222 pueden tener cualquier configuración que usa cualquier dispositivo de conmutación que facilita el funcionamiento del sistema 200 como se describe en el presente documento. Además, el conjunto de conversión de potencia 210 puede estar acoplado en comunicación electrónica de datos con el controlador de turbina 202 para controlar el funcionamiento del convertidor de potencia de lado de rotor 220 y el convertidor de potencia de lado de línea 222.

[0025] En otros modos de realización, un bus de convertidor de potencia de lado de línea 223 puede acoplar eléctricamente el convertidor de potencia de lado de línea 222 a un filtro de línea 224. Además, como se muestra, un bus de línea 225 puede acoplar eléctricamente el filtro de línea 224 a un contactor de línea 226. Además, como se muestra, el contactor de línea 226 puede estar acoplado eléctricamente a un disyuntor de circuito de conversión 228 por medio de un bus de disyuntor de circuito de conversión 230. Además, el disyuntor de circuito de conversión 228 puede estar acoplado eléctricamente a un disyuntor de circuito de transformador principal 214 por medio de un bus de sistema 216 y un bus de conexión 232. De forma alternativa, el filtro de línea 224 puede estar acoplado eléctricamente al bus de sistema 216 directamente por medio del bus de conexión 232, en el que cualquier esquema de protección (no mostrado) está configurado para tener en cuenta la retirada del contactor de línea 226 y el disyuntor de circuito de conversión 228 del sistema 200. El disyuntor de circuito de transformador principal 214 puede estar acoplado eléctricamente a un transformador principal de potencia eléctrica 234 por medio de un bus de lado de generador 236. Además, el transformador principal 234 puede estar acoplado eléctricamente a un disyuntor de circuito de red 238 por medio de un bus de lado de disyuntor 240. El disyuntor de circuito de red 238 puede estar conectado a la red de transmisión y distribución de potencia eléctrica 213 por medio de un bus de red 242. En un modo de realización alternativo, el transformador principal 234 puede estar acoplado eléctricamente a uno o más fusibles (no mostrados), en lugar de al disyuntor de circuito de red 238, por medio del bus de lado de disyuntor 240. En otro modo de realización, no se usan ni fusibles ni el disyuntor de circuito de red 238, sino más bien el transformador principal 234 puede estar acoplado a la red de transmisión y distribución de potencia eléctrica 213 por medio del bus de lado de disyuntor 240 y el bus de red 242.

[0026] En otro modo de realización, el convertidor de potencia de lado de rotor 220 puede estar acoplado en comunicación eléctrica con el convertidor de potencia de lado de línea 222 por medio de un único enlace de corriente continua (CC) 244. De forma alternativa, el convertidor de potencia de lado de rotor 220 y el convertidor de potencia de lado de línea 222 pueden estar acoplados eléctricamente por medio de enlaces de CC individuales y separados (no mostrados en la FIG. 2). Además, como se muestra, el enlace de CC 244 puede incluir un hilo positivo 246, un hilo negativo 248 y al menos un condensador 250 acoplado entre el hilo positivo 246 y el hilo negativo 248. De forma alternativa, el condensador 250 puede incluir uno o más condensadores configurados en serie o en paralelo entre el hilo positivo 246 y el hilo negativo 248.

[0027] El controlador de turbina 202 también puede estar configurado para recibir una pluralidad de señales de medición de tensión y corriente eléctrica desde un primer grupo de sensores de tensión y corriente eléctrica 252. Además, el controlador de turbina 202 puede estar configurado para monitorizar y controlar al menos algunas de las variables operativas asociadas con la turbina eólica 100. En modos de realización particulares, cada uno de los tres sensores de tensión y corriente eléctrica 252 puede estar acoplado eléctricamente a cada una de las tres fases del bus de red 242. De forma alternativa, los sensores de tensión y corriente eléctrica 252 están acoplados eléctricamente al bus de sistema 216. Como otra alternativa, los sensores de tensión y corriente eléctrica 252 pueden estar acoplados eléctricamente a cualquier parte del sistema 200 que facilita el funcionamiento del sistema 200 como se describe en el presente documento. Como todavía otra alternativa, el controlador de turbina 202 está configurado para recibir un número cualquiera de señales de medición de tensión y corriente eléctrica desde un número cualquiera de los sensores de tensión y corriente eléctrica 252, incluyendo, pero sin limitarse a, una señal de medición de tensión y corriente eléctrica desde un transductor.

[0028] Todavía en referencia a la FIG. 2, el sistema 200 también incluye un controlador de convertidor 262 que está configurado para recibir una pluralidad de señales de medición de tensión y corriente eléctrica desde un segundo grupo de sensores de tensión y corriente eléctrica 254 acoplados en comunicación electrónica de datos con el bus de estátor 208, un tercer grupo de señales de medición de tensión y corriente eléctrica desde un tercer grupo de sensores de tensión y corriente eléctrica 256 acoplados en comunicación electrónica de datos con el bus de rotor 212, y un cuarto grupo de señales de medición de tensión y corriente eléctrica desde un cuarto grupo de sensores de tensión y corriente eléctrica 264 acoplados en comunicación electrónica de datos con el bus de disyuntor de circuito de conversión 230. El segundo grupo de sensores de tensión y corriente eléctrica 254 puede ser sustancialmente similar al primer grupo de sensores de tensión y corriente eléctrica 252, y el cuarto grupo de sensores de tensión y corriente eléctrica 264 puede ser sustancialmente similar al tercer grupo de sensores de tensión y corriente eléctrica 256. Además, el controlador de convertidor 262 puede ser sustancialmente similar al controlador de turbina 202 y puede estar acoplado en comunicación eléctrica de datos con el controlador de turbina 202. Además, el controlador de convertidor 262 puede estar físicamente integrado dentro del conjunto de conversión de potencia 210. De forma alternativa, el controlador de convertidor 262 puede tener cualquier configuración que facilite el funcionamiento del sistema 200 como se describe en el presente documento.

[0029] En otro modo de realización, la red de transmisión y distribución de potencia eléctrica 213 puede incluir una o más líneas de transmisión 270 (mostrada solo una por claridad) que están acopladas al bus de red 242 por medio de un acoplamiento de red 272. Las líneas de transmisión 270 y/o la red de transmisión y distribución de potencia eléctrica 213 pueden incluir uno o más elementos de compensación en serie 274, tales como uno o más condensadores, para facilitar la reducción de pérdidas de potencia reactiva dentro de las líneas de transmisión 270. Como se describe en el presente documento, los elementos de compensación en serie 274 pueden crear una o más resonancias subsíncronas dentro de la red de transmisión y distribución de potencia eléctrica 213. Además, las líneas de transmisión 270 y/o la red de transmisión y distribución de potencia eléctrica 213 también pueden incluir uno o más conmutadores 276 acoplados a cada elemento de compensación en serie 274. Los conmutadores 276 acoplan y desacoplan los elementos de compensación en serie 274 a y de la red de transmisión y distribución de potencia eléctrica 213, respectivamente, como se desee. Más específicamente, los conmutadores 276 se pueden abrir para acoplar los elementos de compensación en serie 274 a la red de transmisión y distribución de potencia eléctrica 213, y los conmutadores 276 también se pueden cerrar para desacoplar los elementos de compensación en serie 274 de la red de transmisión y distribución de potencia eléctrica 213. La red de transmisión y distribución de potencia eléctrica 213 puede estar acoplada de forma operativa a una o más cargas 278 para proporcionar potencia a las cargas 278.

[0030] Durante el funcionamiento, el viento incide en las palas de rotor 108 y las palas 108 transforman energía eólica en un par de torsión de rotación mecánico que acciona de forma rotatoria el eje lento 112 por medio del buje 110. El eje lento 112 acciona la caja de engranajes 114 que posteriormente aumenta la baja velocidad de rotación del eje lento 112 para accionar el eje rápido 116 a una velocidad de rotación incrementada. El eje rápido 116 acciona de forma rotatoria el rotor de generador 122. Un campo magnético de rotación se induce por el rotor de generador 122 y una tensión se induce dentro del estátor de generador 120 que está acoplado magnéticamente al rotor de generador 122. El generador 118 convierte la energía mecánica de rotación en una señal de energía eléctrica de corriente alterna (CA) trifásica sinusoidal en el estátor de generador 120. La potencia eléctrica asociada se transmite al transformador principal 234 por medio del bus de estátor 208, el conmutador de sincronización de estátor 206, el bus de sistema 216, el disyuntor de circuito de transformador principal 214 y el bus de lado de generador 236. El transformador principal 234 aumenta la amplitud de tensión de la potencia eléctrica y la potencia eléctrica transformada se transmite además a la red de transmisión y distribución de potencia eléctrica 213 por medio del bus de lado de disyuntor 240, el disyuntor de circuito de red 238 y el bus de red 242.

[0031] En determinados modos de realización, se proporciona una segunda ruta de transmisión de potencia eléctrica. La potencia de CA eléctrica trifásica sinusoidal se genera dentro del rotor de generador 122 y se transmite al conjunto de conversión de potencia 210 por medio del bus de rotor 212. Dentro del conjunto de conversión de potencia 210, la potencia eléctrica se transmite al filtro de rotor 218, en el que la potencia eléctrica se modifica para la velocidad de cambio de la tensión de salida asociada con el convertidor de potencia de lado de rotor 220. El convertidor de potencia de lado de rotor 220 actúa como un rectificador y rectifica la potencia de CA trifásica sinusoidal en potencia de CC. La potencia de CC se transmite hacia el enlace de ^cC 244. El condensador 250 facilita la mitigación de las variaciones de amplitud de tensión de enlace de CC facilitando la mitigación de una ondulación de CC asociada con la rectificación de CA.

[0032] La potencia de CC se transmite posteriormente desde el enlace de CC 244 al convertidor de potencia de lado de línea 222, en el que el convertidor de potencia de lado de línea 222 actúa como un inversor configurado para convertir la potencia eléctrica de CC del enlace de CC 244 en potencia eléctrica de CA trifásica sinusoidal con tensiones, corrientes y frecuencias predeterminadas. Esta conversión se monitoriza y controla por medio del controlador de convertidor 262. La potencia de CA convertida se transmite desde el convertidor de potencia de lado de línea 222 al bus de sistema 216 por medio del bus de convertidor de potencia de lado de línea 223 y el bus de línea 225, el contactor de línea 226, el bus de disyuntor de circuito de conversión 230, el disyuntor de circuito de conversión 228 y el bus de conexión 232. El filtro de línea 224 compensa o ajusta por corrientes armónicas en la potencia eléctrica transmitida desde el convertidor de potencia de lado de línea 222. El conmutador de sincronización de estátor 206 está configurado para cerrarse para facilitar la conexión de la potencia trifásica del estátor de generador 120 con la potencia trifásica del conjunto de conversión de potencia 210.

[0033] El disyuntor de circuito de conversión 228, el disyuntor de circuito de transformador principal 214 y el disyuntor de circuito de red 238 están configurados para desconectar los buses correspondientes, por ejemplo, cuando el flujo de corriente es excesivo y puede dañar los componentes del sistema 200. También se pueden proporcionar componentes de protección adicionales, que incluyen el contactor de línea 226, que se pueden controlar para formar una desconexión abriendo un conmutador (no mostrado en la FIG. 2) correspondiente a cada una de las líneas del bus de línea 225.

[0034] El conjunto de conversión de potencia 210 compensa o ajusta la frecuencia de la potencia trifásica del rotor de generador 122 por cambios, por ejemplo, en la velocidad del viento en el buje 110 y las palas de rotor 108. Por lo tanto, de esta manera, las frecuencias de rotor mecánicas y eléctricas se desacoplan de la frecuencia de estátor.

[0035] En algunas condiciones, las características bidireccionales del conjunto de conversión de potencia 210, y específicamente, las características bidireccionales del convertidor de potencia de lado de rotor 220 y el convertidor de potencia de lado de línea 222 facilitan la realimentación de al menos parte de la potencia eléctrica generada hacia el rotor de generador 122. Más específicamente, la potencia eléctrica se transmite desde el bus de sistema 216 al bus de conexión 232 y posteriormente a través del disyuntor de circuito de conversión 228 y el bus de disyuntor de circuito de conversión 230 hacia el conjunto de conversión de potencia 210. Dentro del conjunto de conversión de potencia 210, la potencia eléctrica se transmite a través del contactor de línea 226, el bus de línea 225 y el bus de convertidor de potencia de lado de línea 223 hacia el convertidor de potencia de lado de línea 222. El convertidor de potencia de lado de línea 222 actúa como un rectificador y rectifica la potencia de CA trifásica sinusoidal en potencia de CC. La potencia de CC se transmite hacia el enlace de CC 244. El condensador 250 facilita la mitigación de las variaciones de amplitud de tensión del enlace de CC 244 facilitando una mitigación de una ondulación de CC asociada a veces a una rectificación de CA trifásica.

[0036] La potencia de CC se transmite posteriormente desde el enlace de CC 244 al convertidor de potencia de lado de rotor 220, en el que el convertidor de potencia de lado de rotor 220 actúa como un inversor configurado para convertir la potencia eléctrica de CC transmitida desde el enlace de CC 244 en una potencia eléctrica de CA trifásica sinusoidal con tensiones, corrientes y frecuencias predeterminadas. Esta conversión se monitoriza y controla por medio del controlador de convertidor 262. La potencia de CA convertida se transmite desde el convertidor de potencia de lado de rotor 220 al filtro de rotor 218 por medio del bus de filtro de rotor 219 y posteriormente se transmite al rotor de generador 122 por medio del bus de rotor 212, facilitando de este modo un funcionamiento subsíncrono.

[0037] El conjunto de conversión de potencia 210 está configurado para recibir señales de control desde el controlador de turbina 202. Las señales de control se basan en condiciones detectadas o características operativas de la turbina eólica 100 y el sistema eléctrico y de control 200, recibidas por el controlador de turbina 202 y usadas para controlar el funcionamiento del conjunto de conversión de potencia 210. Se puede usar la realimentación de los sensores por el sistema 200 para controlar el conjunto de conversión de potencia 210 por medio del controlador de convertidor 262, incluyendo, por ejemplo, las realimentaciones de tensión o corriente del bus de disyuntor de circuito de conversión 230, el bus de estátor y el bus de rotor por medio del segundo grupo de sensores de tensión y corriente eléctrica 254, el tercer grupo de sensores de tensión y corriente eléctrica 256 y el cuarto grupo de sensores de tensión y corriente eléctrica 264. Usando esta información de realimentación y, por ejemplo, señales de control de conmutación, se pueden generar de cualquier manera conocida señales de control de conmutador de sincronización de estátor y señales de control de disyuntor (desconexión) de circuito de sistema. Por ejemplo, para una oscilación momentánea de tensión de red con características predeterminadas, el controlador de convertidor 262 puede suspender sustancialmente al menos temporalmente la conducción por los IGBT dentro del convertidor de potencia de lado de línea 222. Dicha suspensión del funcionamiento del convertidor de potencia de lado de línea 222 puede mitigar sustancialmente la potencia eléctrica que se canaliza a través del conjunto de conversión de potencia 210 hasta aproximadamente cero.

[0038] En referencia ahora a la FIG. 3, se ilustra un diagrama esquemático de un modo de realización de un sistema de convertidor de potencia 300 que se puede usar con el sistema eléctrico y de control 200 (mostrado en la FIG. 2). Como se muestra, el sistema de convertidor de potencia 300 incluye el convertidor de potencia de lado de rotor 220 y el convertidor de potencia de lado de línea 222. Además, como se muestra, el sistema de convertidor de potencia 300 también incluye un regulador de par de torsión 302, un regulador de potencia reactiva 304, un bucle de seguimiento de fase (PLL) de sincronización 306 y un regulador de tensión de CC 308.

[0039] Como tal, el regulador de par de torsión 302 está configurado para transmitir una primera señal de instrucción de corriente de rotor 312 al convertidor de potencia de lado de rotor 220 y, más específicamente, a un módulo de control de convertidor de rotor 314 del mismo. En dichos modos de realización, la primera señal de instrucción de corriente de rotor 312 se puede usar para ajustar una corriente de rotor en base a una señal de instrucción de par de torsión de generador 316 deseada recibida desde el controlador de turbina 202 (mostrado en la FIG. 2). Además, como se muestra, el regulador de potencia reactiva 304 está configurado para recibir una señal de instrucción de potencia reactiva y tensión de estátor 318 desde el controlador de turbina 202 y transmitir una segunda señal de instrucción de corriente de rotor 320 al módulo de control de convertidor de rotor 314. Como tal, la segunda señal de instrucción de corriente de rotor 320 se puede usar para controlar un factor de potencia del generador 118 ajustando una proporción de potencia real con respecto a potencia reactiva del generador 118. En determinados modos de realización, el regulador de par de torsión 302 y el regulador de potencia reactiva 304 pueden estar alojados dentro del controlador de convertidor 262. En un modo de realización alternativo, el regulador de par de torsión 302 y/o el regulador de potencia reactiva 304 pueden estar alojados dentro de cualquier otro controlador adecuado, tal como el controlador de turbina 202.

[0040] El PLL de sincronización 306 está configurado para recibir una señal de realimentación de posición de rotor 322 desde un sensor de posición de rotor (no mostrado) y una señal de realimentación de tensión de estátor 324 desde el segundo grupo de sensores de tensión y corriente eléctrica 254 (mostrado en la FIG. 2). Como tal, el PLL de sincronización 306 está configurado para determinar una señal de ángulo de transformación 326 y una señal de ángulo de referencia 328 que se pueden usar para transformar tensiones de rotor y corrientes de rotor entre dos o más tramas de referencia de señal, tales como una trama de referencia basada en tiempo y una trama de referencia basada en fasor. En un modo de realización, la señal de ángulo de transformación 326 y la señal de ángulo de referencia 328 se pueden usar para transformar tensiones de rotor y corrientes de rotor en uno o más fasores que incluyen componentes X e Y de las tensiones de rotor y/o las corrientes de rotor. Como se usa en el presente documento, una componente X se refiere a una componente real de un fasor, y una componente Y se refiere a una componente imaginaria de un fasor. La señal de ángulo de transformación 326 y la señal de ángulo de referencia 328 se pueden transmitir al módulo de control de convertidor de rotor 314 y a un módulo de control de convertidor de línea 330 que está situado dentro del convertidor de potencia de lado de línea 222. El regulador de tensión de CC 308 recibe una señal de referencia de tensión de CC 332 que se establece, por ejemplo, durante la puesta en servicio de la turbina eólica, y transmite una señal de instrucción de corriente de línea 334 al módulo de control de convertidor de línea 330. La señal de instrucción de corriente de línea 334 se usa para ajustar una tensión de CC del enlace de CC 244 (mostrado en la FIG. 2).

[0041] El módulo de control de convertidor de rotor 314 está acoplado a una matriz de conmutación de convertidor de rotor 336, y el módulo de control de convertidor de línea 330 está acoplado a una matriz de conmutación de convertidor de línea 338. En un modo de realización, la matriz de conmutación de convertidor de rotor 336 y la matriz de conmutación de convertidor de línea 338 incluyen una pluralidad de dispositivos de conmutación de IGBT (no mostrados) cada una. De forma alternativa, la matriz de conmutación de convertidor de rotor 336 y/o la matriz de conmutación de convertidor de línea 338 pueden incluir cualquier dispositivo de conmutación adecuado que posibilite que el convertidor de potencia de lado de rotor 220 y el convertidor de potencia de lado de línea 222 funcionen como se describe en el presente documento. En un modo de realización, el módulo de control de convertidor de rotor 314 y el módulo de control de convertidor de línea 330 pueden usar modulación de anchura de pulso para controlar un ciclo de trabajo de una señal de control de conmutación de convertidor de rotor 340 y de una señal de control de conmutación de convertidor de línea 342, respectivamente. La señal de control de conmutación de convertidor de rotor 340 controla un comportamiento de conmutación de la matriz de conmutación de convertidor de rotor 336, y la señal de control de conmutación de convertidor de línea 342 controla un comportamiento de conmutación de la matriz de conmutación de convertidor de línea 338. Como tal, la matriz de conmutación de convertidor de rotor 336 y la matriz de conmutación de convertidor de línea 338 se pueden controlar para producir una o más características de tensión y/o corriente de rotor y/o estátor deseadas.

[0042] Aunque no mostrado en la FIG. 3, uno o más componentes de control del sistema de convertidor de potencia 300 pueden recibir una o más señales de realimentación para facilitar el mantenimiento de un funcionamiento apropiado del sistema de convertidor de potencia 300. Dichas señales de realimentación incluyen, sin limitación, una señal de tensión de CC, una señal de corriente de rotor trifásica (tal como del tercer grupo de sensores de tensión y corriente eléctrica 256), una señal de corriente de estátor trifásica (tal como del segundo grupo de sensores de tensión y corriente eléctrica 254), una señal de corriente de línea trifásica (tal como del cuarto grupo de sensores de tensión y corriente eléctrica 264), una señal de tensión de estátor trifásica (tal como del segundo grupo de sensores de tensión y corriente eléctrica 254) y/o una señal de posición de rotor.

[0043] En referencia ahora a la FIG. 4, se ilustra un diagrama esquemático de un modo de realización de un módulo de control de convertidor de rotor 314 que se puede usar con un sistema de convertidor de potencia 300 (mostrado en la FIG. 3). Como se muestra, el módulo de control de convertidor de rotor 314 incluye un módulo de transformación de corriente 402, un módulo de alimentación anticipada (“feedforward”) de impedancia 404, un módulo de regulador 406, un módulo de transformación de tensión 408 y un dispositivo de amortiguamiento de corriente 410.

[0044] Más específicamente, como se muestra, el módulo de transformación de corriente 402 recibe una señal de realimentación de corriente 412 que incluye mediciones de corriente del tercer grupo de sensores de corriente eléctrica 256 (mostrado en la FIG. 2) de cada fase del bus de rotor 212. En un modo de realización, la señal de realimentación de corriente 412 puede incluir uno o más componentes de corriente de la red de transmisión y distribución de potencia eléctrica 213 por medio del sistema de convertidor de potencia 300 y/o por medio del generador 118. En un modo de realización, uno o más componentes de corriente pueden incluir, por ejemplo, uno o más componentes de frecuencia de corriente subsíncronas y/o uno o más componentes de frecuencia de red que se ajustan sustancialmente a una frecuencia de red de transmisión y distribución de potencia eléctrica 213. El módulo de transformación de corriente 402 recibe la señal de ángulo de transformación 326 y transforma las corrientes instantáneas trifásicas de la señal de realimentación de corriente 412 en una trama de referencia basada en fasor. Por tanto, como se muestra, el módulo de transformación de corriente 402 transmite un fasor de realimentación de corriente 414 a un comparador de realimentación de corriente 416. El comparador de realimentación de corriente 416 recibe un fasor de instrucción de corriente 418, que incluye la primera señal de instrucción de corriente de rotor 312 y la segunda señal de instrucción de corriente de rotor 320 (ambas mostradas en la FIG. 3), y calcula una diferencia entre el fasor de realimentación de corriente 414 y el fasor de instrucción de corriente 418. El comparador de realimentación de corriente 416 transmite la diferencia resultante como un fasor de error de corriente 420 al módulo de regulador 406 y al dispositivo de amortiguamiento de corriente 410.

[0045] Todavía en referencia a la FIG. 4, el módulo de regulador 406 recibe el fasor de error de corriente 420 y realiza una regulación de realimentación proporcional más integral para ajustar una salida del módulo de regulador 406 para facilitar la reducción de un error del fasor de error de corriente 420 hasta sustancialmente 0. El módulo de regulador 406 transmite a continuación un fasor de salida de regulador 422 resultante, que es una señal de fasor de tensión, a un sumador de regulador 424.

[0046] Además, como se muestra, el módulo de alimentación anticipada de impedancia 404 recibe el fasor de instrucción de corriente 418 y una señal de frecuencia de deslizamiento 426 y calcula una amplitud de un fasor de instrucción de alimentación anticipada 428 como una señal de fasor de tensión de alimentación anticipada para complementar una regulación de corriente de bucle cerrado del módulo de regulador 406.

[0047] Además, en un modo de realización, el dispositivo de amortiguamiento de corriente 410 recibe el fasor de error de corriente 420 y facilita la reducción de una amplitud de una o más componentes de frecuencia de corriente representadas por el fasor de error de corriente 420. En determinados modos de realización, la una o más componentes de frecuencia de corriente son subsíncronas con respecto a una frecuencia de corriente de la red de transmisión y distribución de potencia eléctrica 213 (mostrada en la FIG. 2). Como se usa en el presente documento, el término "subsíncrona" se refiere a una frecuencia que es menor que una frecuencia de referencia y, en determinados modos de realización, a una frecuencia que es menor que la frecuencia de la red de transmisión y distribución de potencia eléctrica 213. Además, como se muestra, el dispositivo de amortiguamiento de corriente 410 transmite una señal de fasor de control de amortiguamiento 434 resultante, que es una señal de fasor de tensión, al sumador de regulador 424.

[0048] El sumador de regulador 424 combina el fasor de salida de regulador 422, el fasor de instrucción de alimentación anticipada 428 y la señal de fasor de control de amortiguamiento 434 resultante y transmite un fasor de instrucción de tensión 430 resultante al módulo de transformación de tensión 408. El módulo de transformación de tensión 408 transforma el fasor de instrucción de tensión 430 en una trama de referencia basada en tiempo usando la señal de ángulo de transformación 326, y emite una señal de instrucción de tensión 432 sinusoidal trifásica resultante. La señal de instrucción de tensión 432 se modula por un módulo de modulación de anchura de pulso (“pulse-width modulation” o PWM) 436 para generar la señal de control de conmutación de convertidor de rotor 340. Como tal, el módulo de control 314 transmite la señal de control de conmutación de convertidor de rotor 340 a la matriz de conmutación de convertidor de rotor 336 (mostrada en la FIG. 3) para controlar una operación de conmutación, tal como un ciclo de trabajo, de los dispositivos de conmutación dentro de la matriz de conmutación de convertidor de rotor 336.

[0049] En referencia ahora a la FIG. 5 se ilustra un diagrama esquemático de una parte del dispositivo de amortiguamiento de corriente 410 que se puede usar con el módulo de control de convertidor de rotor 314 (mostrado en la FIG. 3). Como se muestra, el dispositivo de amortiguamiento de corriente 410 puede incluir un módulo de integrador 502, un módulo de transformación de entrada 504, uno o más módulos de regulador de control de amortiguamiento subsíncrono (“sub-synchronous damping control” o SSDC) 506 y un módulo de transformación de salida 508. El módulo de integrador 502 recibe una señal de frecuencia subsíncrona predeterminada 510 que, en un modo de realización, representa una o más frecuencias de corriente subsíncronas predeterminadas que se van a amortiguar. La señal de frecuencia subsíncrona 510 se selecciona como una frecuencia de una trama de referencia en la que actúa la frecuencia subsíncrona de la resonancia de red por el módulo de regulador de SSDC 506. En un modo de realización, la trama de referencia puede tener una frecuencia sustancialmente cero, de modo que una frecuencia de una o más señales que entran en el módulo de regulador de SSDC 506 será igual a una frecuencia de señales vistas desde una trama de referencia fija. En otro modo de realización, la trama de referencia se puede seleccionar para que rote cerca de una frecuencia anticipada de la resonancia de red subsíncrona. La selección de la señal de frecuencia subsíncrona 510 apropiada depende del resto del sistema en el que está incorporado el dispositivo de amortiguamiento de corriente 410, y se realiza durante los estudios de diseño para sintonizar el rasgo característico de amortiguamiento subsíncrono del sistema.

[0050] Por tanto, como se muestra, el módulo de integrador 502 integra la señal de frecuencia subsíncrona 510 y transmite una señal de ángulo subsíncrona 512 resultante a un comparador de ángulo de referencia 514. El comparador de ángulo de referencia 514 calcula una diferencia entre una señal de ángulo subsíncrona 512 y una señal de ángulo de referencia 328, y emite una señal de ángulo de referencia subsíncrona 516 resultante para su introducción en el módulo de transformación 504 y en un sumador de orientación subsíncrono 518. El módulo de transformación de entrada 504 recibe el fasor de error de corriente 420 y realiza una transformación del fasor de error de corriente 420 usando la señal de ángulo de referencia subsíncrona 516. Más específicamente, en determinados modos de realización, el módulo de transformación de entrada 504 transforma el fasor de error de corriente 420 en una trama de referencia rotatoria que incluye dos componentes, a y p, usando las siguientes ecuaciones:

a=x*cos 0+y*sin 0 (Ecuación 1)

p=x*=sin 0+y*cos 0 (Ecuación 2)

donde x es una componente real del fasor de error de corriente 420,

y es una componente imaginaria del fasor de error de corriente 420, y

0 es la señal del ángulo de referencia subsíncrona 516.

[0051] La trama de referencia rotatoria que incluye a y p rota sustancialmente a la frecuencia de la frecuencia de corriente subsíncrona. Por tanto, como se muestra, el módulo de transformación de entrada 504 transmite una señal de transformación de error de corriente 520 que incluye a y p al módulo de regulador de SSDC 506. La señal de transformación de error de corriente 520 incluye una componente de frecuencia que es sustancialmente igual a la frecuencia de corriente subsíncrona. En un modo de realización, el módulo de regulador de SSDC 506 incluye, y/o está configurado para realizar, una función de transferencia proporcional más integral. De forma alternativa, el módulo de regulador de SSDC 506 incluye cualquier función de transferencia adecuada u otro algoritmo que posibilita al dispositivo de amortiguamiento de corriente 410 funcionar como se describe en el presente documento. El módulo de regulador de SSDC 506 integra y añade una ganancia a la señal de transformación de error de corriente 520. El módulo de regulador de SSDC 506 transmite a continuación una señal de transformación de amortiguamiento subsíncrona de corriente 522 resultante al módulo de transformación de salida 508. En determinados modos de realización, la señal de transformación de amortiguamiento subsíncrona 522 incluye una componente de frecuencia que es sustancialmente igual a la frecuencia de corriente subsíncrona.

[0052] Todavía en referencia a la FIG. 5, el sumador de orientación subsíncrono 518 combina la señal de ángulo de referencia subsíncrona 516 con una señal de referencia de ajuste de orientación 524, y transmite una señal de orientación de salida 526 resultante al módulo de transformación de salida 508. La selección de la señal de referencia de ajuste de orientación 524 depende del resto del sistema en el que está incorporado el dispositivo de amortiguamiento de corriente 410, y se realiza durante los estudios de diseño para sintonizar el rasgo característico de amortiguamiento subsíncrono del sistema. La señal de orientación de salida 526 se usa para ajustar una orientación de un fasor de salida generado por el módulo de transformación de salida 508. El módulo de transformación de salida 508 transforma la señal de transformación de amortiguamiento de corriente subsíncrona 522 en una trama de referencia basada en fasor, de una manera sustancialmente inversa a la realizada por el módulo de transformación de entrada 504. Como tal, se puede realizar una inversa de la ecuación 1 en una componente a de la señal de transformación de amortiguamiento subsíncrona 522, y se puede realizar una inversa de la ecuación 2 en una componente p de la señal de transformación de amortiguamiento subsíncrona 522. El módulo de transformación de salida 508 emite un fasor de control de amortiguamiento 434 resultante como se muestra en la FIG. 4. El fasor de control de amortiguamiento 434 incluye una componente de frecuencia que es sustancialmente igual a una diferencia entre la frecuencia de la red de transmisión y distribución de potencia eléctrica 213 y la frecuencia de corriente subsíncrona. La señal de fasor de control de amortiguamiento 434 también puede tener componentes reales e imaginarias, que se describen además en el presente documento con referencia a la FIG. 7.

[0053] En referencia ahora a la FIG. 6, se ilustra un diagrama de flujo de un modo de realización de un procedimiento 600 para controlar la tensión de un enlace de CC de un convertidor de potencia de un sistema de potencia de turbina eólica conectado a una red eléctrica. En general, el procedimiento 600 se describirá en el presente documento con referencia a la turbina eólica 100 y al sistema de control 200 mostrados en las FIGS.

1-5. Sin embargo, se debe apreciar que el procedimiento 600 divulgado se puede implementar con palas de rotor que tengan cualquier otra configuración adecuada. Además, aunque la FIG. 6 representa las etapas realizadas en un orden particular con propósitos de ilustración y análisis, los procedimientos analizados en el presente documento no se limitan a ningún orden o disposición particular. Un experto en la técnica, usando las divulgaciones proporcionadas en el presente documento, apreciará que diversas etapas de los procedimientos divulgados en el presente documento se pueden omitir, reorganizar, combinar y/o adaptar de diversas maneras sin desviarse del alcance de la presente divulgación.

[0054] Como se muestra en (602), el procedimiento 600 puede incluir hacer funcionar el enlace de CC 244 hasta una consigna de tensión óptima que logra el funcionamiento en estado estacionario del convertidor de potencia 210. Como se muestra en (604), el procedimiento 600 puede incluir monitorizar una velocidad del sistema de potencia de turbina eólica 100. Por ejemplo, en un modo de realización, la(s) condición/condiciones de velocidad puede(n) incluir al menos una de una condición de velocidad excesiva o una condición de velocidad insuficiente. Por tanto, en varios modos de realización, la condición de velocidad excesiva puede incluir velocidades a aproximadamente o que superan la velocidad de desconexión, mientras que la condición de velocidad insuficiente puede incluir velocidades a aproximadamente o que superan la velocidad de conexión.

[0055] En consecuencia, como se muestra en (606), el procedimiento 600 puede incluir determinar si se detectan una o más condiciones de velocidad. Si es así, como se muestra en (608), el procedimiento 600 incluye seleccionar entre una primera consigna de tensión máxima para el enlace de CC y una segunda consigna de tensión máxima para el enlace de CC 244. Por ejemplo, en un modo de realización, el procedimiento 600 puede incluir seleccionar entre las primera y segunda consignas de tensión máxima para el enlace de CC 244 en base a si las condiciones de velocidad detectadas corresponden a condiciones de velocidad excesiva o condiciones de velocidad insuficiente. Por tanto, en un modo de realización, el procedimiento 600 puede incluir seleccionar la primera consigna de tensión máxima para el enlace de CC 244 cuando la(s) condición/condiciones de velocidad incluye(n) la condición de velocidad excesiva. Por el contrario, el procedimiento 600 puede incluir seleccionar la segunda consigna de tensión máxima para el enlace de CC 244 cuando la(s) condición/condiciones de velocidad incluye(n) la condición de velocidad insuficiente. En dichos modos de realización, la primera consigna de tensión máxima para el enlace de CC 244 puede ser mayor que la segunda consigna de tensión máxima para el enlace de CC 244.

[0056] En referencia todavía a la FIG. 6, como se muestra en (610), el procedimiento 600 puede incluir incrementar la consigna de tensión óptima hasta la primera o segunda consigna de tensión máxima seleccionada del enlace de CC 244. Como se muestra en (612), el procedimiento 600 puede incluir hacer funcionar el enlace de CC 244 en la primera o segunda consigna de tensión máxima seleccionada hasta que pase(n) la(s) condición/condiciones de velocidad para optimizar el control de tensión del enlace de CC 244. En otras palabras, puesto que el alto deslizamiento a altas velocidades es a corto plazo y a alta potencia, pero el alto deslizamiento a bajas velocidades se puede prolongar y a menor potencia, las dos consignas de tensión de enlace de CC máxima diferentes proporcionan una capacidad de tensión de rotor mayor. Como tal, la capacidad de tensión de enlace de ^cC mayor resultante mantiene la capacidad de control durante los casos de velocidad excesiva/potencia excesiva. En modos de realización particulares, el procedimiento 600 también puede incluir limitar un período de tiempo en el que se permite que el enlace de CC 244 funcione en la primera y/o segunda consigna de tensión máxima para evitar fallas prematuras de IGBT. Más específicamente, en un modo de realización, se puede usar una función de sobretensión temporizada por el controlador 202, 262 para limitar el período de tiempo en el que se permite que el enlace de CC 244 funcione en la primera y/o segunda consigna de tensión máxima.

[0057] Además, determinados módulos de IGBT tienen un mecanismo de falla basado en la radiación ionizante de rayos cósmicos, que desencadenan un fallo en los semiconductores de potencia. Esto afecta la fiabilidad tanto del IGBT como de los diodos dentro de un módulo de semiconductor de potencia. La tensión de CC aplicada que bloquea el semiconductor en el estado apagado es un factor principal en la fiabilidad y la tasa de fallas. Es importante mantener la tensión de CC aplicada baja tan a menudo como sea posible, para garantizar que los semiconductores de potencia tengan menos probabilidades de fallar prematuramente.

[0058] El procedimiento 600 de la FIG. 6 se puede entender mejor con referencia a la FIG. 7. Como se muestra, se ilustra un diagrama esquemático 700 de un modo de realización del módulo de control 314 que determina una consigna de tensión de enlace de CC máxima basada en velocidad de acuerdo con la presente divulgación. Como se muestra, el módulo de control 314 recibe una señal de realimentación de velocidad 702 del sistema de potencia eléctrica 200. Además, como se muestra, la señal de realimentación de velocidad 702 se compara con los primer y segundo umbrales de velocidad 704, 706, respectivamente, como se muestra en 708 y 710. Las comparaciones 712, 714 se reciben por el bloque 716, que está configurado para determinar si se está produciendo una condición de velocidad 718 en el sistema de potencia eléctrica 200. Por tanto, como se muestra en el bloque 720, se selecciona una de la primera o segunda consignas de tensión de enlace de CC máxima 722, 724 en base a la condición de velocidad 718. La consigna de tensión de enlace de CC máxima seleccionada 726 a continuación se puede transmitir al módulo de control de tensión de enlace de CC 728. Más específicamente, como se muestra, el módulo de control de tensión de enlace de CC 728 en general puede incluir un módulo de referencia de tensión de enlace de CC adaptativo 730, un limitador 732 y un regulador de tensión de enlace de CC 734 que están configurados para controlar la tensión del enlace de CC 244 como se describe en el presente documento. En dichos modos de realización, como se muestra, la consigna de tensión de enlace de CC máxima seleccionada 726 se puede establecer como el nuevo máximo del limitador 732 del módulo de control de tensión de enlace de CC 728.

[0059] En referencia ahora a la FIG. 8, se ilustra un diagrama de flujo de un modo de realización de un procedimiento 800 para controlar la tensión de un enlace de CC de un convertidor de potencia de un sistema de potencia de turbina eólica conectado a una red eléctrica. En general, el procedimiento 800 se describirá en el presente documento con referencia a la turbina eólica 100 y al sistema de control 200 mostrados en las FIGS.

1-5. Sin embargo, se debe apreciar que el procedimiento 800 divulgado se puede implementar con palas de rotor que tengan cualquier otra configuración adecuada. Además, aunque la FIG. 8 representa las etapas realizadas en un orden particular con propósitos de ilustración y análisis, los procedimientos analizados en el presente documento no se limitan a ningún orden o disposición particular. Un experto en la técnica, usando las divulgaciones proporcionadas en el presente documento, apreciará que diversas etapas de los procedimientos divulgados en el presente documento se pueden omitir, reorganizar, combinar y/o adaptar de diversas maneras sin desviarse del alcance de la presente divulgación.

[0060] Como se muestra en (802), el procedimiento 800 puede incluir hacer funcionar el enlace de CC 244 hasta una consigna de tensión óptima que logra el funcionamiento en estado estacionario del convertidor de potencia 210. Como se muestra en (804), el procedimiento 800 puede incluir monitorizar una velocidad del sistema de potencia de turbina eólica 100. Como se muestra en (806), el procedimiento 800 puede incluir determinar si se detecta una condición de velocidad. Si es así, como se muestra en (808), el procedimiento 800 puede incluir incrementar temporalmente la consigna de tensión óptima hasta una consigna de tensión máxima del enlace de CC 244. Como se muestra en (810), el procedimiento 800 puede incluir hacer funcionar el enlace de CC 244 en la una consigna de tensión máxima hasta que pase(n) la(s) condición/condiciones de velocidad para optimizar el control de tensión del enlace de CC 244.

[0061] Los modos de realización descritos anteriormente facilitan la provisión de un convertidor de potencia eficaz y rentable. El convertidor de potencia permite incrementar el nivel del bus de CC sobre el límite de tensión para oscilaciones momentáneas y funcionar a un nivel de bus de CC menor para velocidades de conexión bajas, dando como resultado de este modo el funcionamiento a través de una condición de arranque a baja velocidad que de otro modo sería inalcanzable debido al riesgo de daño de IGBT. Como tal, el sistema de potencia de turbina eólica descrito en el presente documento se puede acoplar a la red de suministro eléctrico mientras se minimizan los daños al sistema y/o a uno o más componentes de la red de suministro eléctrico. Además, el sistema de potencia de turbina eólica de la presente divulgación tiene una producción de energía anual (AEP) mejorada con las potencias nominales de convertidor existentes, que previamente estaba limitada por el margen en IGBT para evitar fallas prematuras.

[0062] Los modos de realización de ejemplo de una turbina eólica, convertidor de potencia y procedimientos de conversión de potencia se han descrito anteriormente en detalle. Los procedimientos, la turbina eólica y el convertidor de potencia no se limitan a los modos de realización específicos descritos en el presente documento, sino más bien, los componentes de la turbina eólica, los componentes del convertidor de potencia y/o las etapas de los procedimientos se pueden utilizar independientemente y por separado de otros componentes y/o etapas descritos en el presente documento. Por ejemplo, el convertidor de potencia y los procedimientos también se pueden usar en combinación con otros procedimientos y sistemas de potencia de turbina eólica, y no se limitan a la puesta en práctica solo con el sistema de potencia como se describe en el presente documento. Más bien, se puede implementar y utilizar un modo de realización en conexión con muchas otras aplicaciones de turbina eólica o sistema de potencia.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un procedimiento (100) para controlar la tensión de un enlace de CC (244) de un convertidor de potencia (2 l0) de un sistema de potencia de turbina eólica (200) conectado a una red eléctrica (242), comprendiendo el procedimiento (100):

hacer funcionar el enlace de CC (244) hasta una consigna de tensión óptima que logra un funcionamiento en estado estacionario del convertidor de potencia (210);

monitorizar una velocidad del sistema de potencia de turbina eólica (200);

tras la detección de una o más condiciones de velocidad que se producen en el sistema de potencia de turbina eólica (200), seleccionar 2. entre una primera consigna de tensión máxima para el enlace de CC (244) y una segunda consigna de tensión máxima para el enlace de CC (244);

incrementar la consigna de tensión óptima hasta la primera o segunda consigna de tensión máxima seleccionada del enlace de CC (244); y

hacer funcionar el enlace de CC (244) en la primera o segunda consigna de tensión máxima seleccionada hasta que pase la una o más condiciones de velocidad para optimizar el control de tensión del enlace de CC (244).

2. El procedimiento (100) de la reivindicación 1, en el que la una o más condiciones de velocidad comprenden al menos una de una condición de velocidad excesiva o una condición de velocidad insuficiente.

3. El procedimiento (100) de la reivindicación 2, que comprende además seleccionar la primera consigna de tensión máxima para el enlace de CC (244) o la segunda consigna de tensión máxima para el enlace de CC (244) en base a si la detección de la una o más condiciones de velocidad comprende la condición de velocidad excesiva o la condición de velocidad insuficiente.

4. El procedimiento (100) de la reivindicación 3, que comprende además seleccionar la primera consigna de tensión máxima para el enlace de CC (244) cuando la una o más condiciones de velocidad comprende la condición de velocidad excesiva y seleccionar la segunda consigna de tensión máxima para el enlace de CC (244) cuando la una o más condiciones de velocidad comprende la condición de velocidad insuficiente.

5. El procedimiento (100) de la reivindicación 4, en el que la primera consigna de tensión máxima para el enlace de CC (244) es mayor que la segunda consigna de tensión máxima para el enlace de CC (244).

6. El procedimiento (100) de cualquiera de las reivindicaciones 2 a 5, en el que la condición de velocidad excesiva comprende velocidades a aproximadamente o que superan la velocidad de desconexión y la condición de velocidad insuficiente comprende velocidades a aproximadamente o que superan la velocidad de conexión.

7. El procedimiento (100) de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende además limitar un período de tiempo en el que se permite que el enlace de CC (244) funcione en la primera consigna de tensión máxima.

8. Uso del procedimiento (100) de cualquiera de las reivindicaciones precedentes para controlar la tensión de un enlace de CC (244) de un convertidor de potencia (210) de un sistema de potencia de turbina eólica (200) que comprende un generador de inducción doblemente alimentado (DFIG) (118).

9. Un sistema de potencia eléctrica (200) conectado a una red eléctrica (242), comprendiendo el sistema de potencia eléctrica (200):

un generador (118);

un convertidor de potencia (210) acoplado al generador (118), el convertidor de potencia (210) configurado para convertir una frecuencia de potencia eléctrica generada desde el generador en una frecuencia sustancialmente similar a una frecuencia de la red eléctrica (242), comprendiendo el convertidor de potencia (210) un convertidor de lado de rotor (220), un convertidor de lado de línea (222), un enlace de CC (244) y un módulo de control (262) configurados para realizar una o más operaciones, comprendiendo la una o más operaciones:

monitorizar una velocidad del sistema de potencia de turbina eólica (200);

tras la detección de una o más condiciones de velocidad que se producen en el sistema de potencia

de turbina eólica (200), seleccionar entre una primera consigna de tensión máxima para el enlace de CC (244) y J una segunda consigna de tensión máxima para el enlace de CC (244);

hacer funcionar el enlace de CC (244) en la primera o segunda consigna de tensión máxima seleccionada hasta que pase la una o más condiciones de velocidad para optimizar el control de tensión del enlace de ^cC (244).

10. El sistema de potencia eléctrica de la reivindicación 9, en el que la una o más condiciones de velocidad comprenden al menos una de una condición de velocidad excesiva o una condición de velocidad insuficiente.

11. El sistema de potencia eléctrica de la reivindicación 10, en el que la una o más operaciones comprenden además seleccionar la primera consigna de tensión máxima para el enlace de CC (244) o la segunda consigna de tensión máxima para el enlace de CC (244) en base a si la detección de la una o más condiciones de velocidad comprende la condición de velocidad excesiva o la condición de velocidad insuficiente.

12. El sistema de potencia eléctrica de la reivindicación 11, en el que la una o más operaciones comprenden además seleccionar la primera consigna de tensión máxima para el enlace de CC (244) cuando la una o más condiciones de velocidad comprende la condición de velocidad excesiva y seleccionar la segunda consigna de tensión máxima para el enlace de CC (244) cuando la una o más condiciones de velocidad comprende la condición de velocidad insuficiente.

13. El sistema de potencia eléctrica de la reivindicación 12, en el que la primera consigna de tensión máxima para el enlace de CC (244) es mayor que la segunda consigna de tensión máxima para el enlace de CC (244).

14. El sistema de potencia eléctrica de cualquiera de las reivindicaciones 10 a 13, en el que la condición de velocidad excesiva comprende velocidades a aproximadamente o que superan la velocidad de desconexión y la condición de velocidad insuficiente comprende velocidades a aproximadamente o que superan la velocidad de conexión.

15. El sistema de potencia eléctrica de las reivindicaciones 9, 10, 11, 12, 13 o 14, en el que la una o más operaciones comprenden además limitar un período de tiempo en el que se permite que el enlace de CC (244) funcione en la primera consigna de tensión máxima.