ES2947362T3 - Control de par de fuerzas constante de una turbina eólica que usa un sistema de almacenamiento de energía - Google Patents

Control de par de fuerzas constante de una turbina eólica que usa un sistema de almacenamiento de energía Download PDF

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Germán Claudio Tarnowski
Mads Blumensaat
Torben Petersen
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Abstract

Se divulga un método para controlar una turbina eólica (2). Durante el funcionamiento a plena carga, se recibe un valor de referencia de potencia, Pref, que representa un nivel de potencia que el aerogenerador (2) suministrará a la red eléctrica, y el aerogenerador (2) se controla para producir una potencia de salida que está en o cerca del valor de referencia de potencia, Pref, mientras mantiene un par constante en el generador (6). En el caso de que la potencia de salida producida del aerogenerador (2) supere el valor de referencia de potencia, Pref, la energía producida en exceso se almacena en el sistema de almacenamiento de energía (10), y en el caso de que la potencia de salida producida del aerogenerador (2) está por debajo del valor de referencia de potencia, Pref, la energía almacenada se recupera del sistema de almacenamiento de energía (10). Se suministra a la red eléctrica un nivel de potencia que es igual al valor de referencia de potencia, Pref, se suministra a la red eléctrica. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Control de par de fuerzas constante de una turbina eólica que usa un sistema de almacenamiento de energía
Campo de la invención
La presente invención se refiere a un método para controlar una turbina eólica durante la operación de carga completa. Más particularmente, el método según la invención garantiza que se suministra un nivel de potencia de referencia sustancialmente constante a una red de potencia, mientras se reduce el desgaste y las cargas sobre la turbina eólica, en particular, sobre el tren de transmisión y/o el sistema de regulación de paso de la turbina eólica.
Antecedentes de la invención
Las turbinas eólicas se hacen funcionar normalmente en diversos regímenes de funcionamiento, dependiendo de la velocidad del viento, como se ve con respecto al rotor de la turbina eólica. A velocidades del viento por debajo de una velocidad del viento mínima, que a veces se denomina velocidad del viento de arranque, la turbina eólica no produce potencia. A velocidades del viento por encima de la velocidad del viento de arranque, la turbina eólica comienza a producir potencia, pero hasta una determinada velocidad del viento, que a veces se denomina velocidad del viento nominal, la energía disponible del viento no es suficiente para permitir que la turbina eólica genere potencia nominal. Por consiguiente, a velocidades del viento entre la velocidad del viento de arranque y la velocidad del viento nominal, la turbina eólica se hace funcionar normalmente de tal manera que se extrae tanta energía como sea posible del viento. Este régimen a veces se denomina operación de carga parcial.
A velocidades del viento por encima de la velocidad del viento nominal, la turbina eólica se hace funcionar normalmente de tal manera que se produce potencia nominal, es decir, la producción de potencia de la turbina eólica está limitada al nivel de potencia nominal. Este régimen a veces se denomina operación de carga completa.
Por lo tanto, durante la operación de carga completa, la turbina eólica se hace funcionar para obtener una potencia de salida constante. Al mismo tiempo, la velocidad de rotor se controla según un valor de referencia por medio de regulación de paso de las palas de turbina eólica. Sin embargo, el viento es inherentemente una fuente estocástica de energía, por ejemplo, debido a ráfagas, turbulencia, etc., y por lo tanto, pueden producirse fluctuaciones en la velocidad de rotor, y potencialmente también en la producción de potencia de la turbina eólica. Si tales fluctuaciones de potencia se transfieren a la red de potencia, puede producirse inestabilidad de la red de potencia. Por lo tanto, para evitar o limitar la transferencia de fluctuaciones de potencia a la red de potencia, la turbina eólica puede hacerse funcionar de tal manera que se permite que el par de fuerzas sobre el generador varíe en respuesta a fluctuaciones en la velocidad de rotor, provocadas por fluctuaciones en el viento, manteniendo de ese modo la potencia de salida de la turbina eólica sustancialmente constante. Sin embargo, esto puede tener la consecuencia de que se aumentan el desgaste y las cargas sobre el tren de transmisión y/o el sistema de regulación de paso.
El documento US 8.478.449 B2 da a conocer un método de control de la operación de una turbina eólica de velocidad variable. La potencia generada se controla con un par de fuerzas “medido”, y el par de fuerzas “medido” se controla con la regulación de paso a través de un controlador predictivo adaptativo que identifica en tiempo real la dinámica entre la acción de regulación de paso y el par de fuerzas “medido”.
El documento US 7.952.232 B2 da a conocer un dispositivo de almacenamiento de energía de turbina eólica. Se generan comandos para controlar un estado de carga del dispositivo de almacenamiento de energía que se acopla entre una fuente de energía y una carga auxiliar. También se generan comandos para proporcionar desde el dispositivo de almacenamiento de energía a la carga auxiliar y para usar potencia desde el dispositivo de almacenamiento de energía para controlar un voltaje de enlace de CC, par de fuerzas de fuente de energía, flujo de potencia de lado de red, o combinaciones de los mismos.
Sistemas de la técnica anterior relevantes adicionales se dan a conocer en, por ejemplo, “Wind Turbine-energy storage control system for delivering constant demand power shared by DFlGs through droop characteristics”, Fazeli et al., los documentos US 2006/171086 y EP 2101 392.
Descripción de la invención
Es un objeto de las realizaciones de la invención proporcionar un método para controlar una turbina eólica durante la operación de carga completa de una manera que reduzca el desgaste y las cargas sobre el tren de transmisión y/o sistema de regulación de paso mientras se garantiza un suministro de potencia constante a una red de potencia.
La invención proporciona un método para controlar una turbina eólica, comprendiendo la turbina eólica un rotor que porta un conjunto de palas de turbina eólica y conectado a un árbol de entrada, un árbol de salida conectado a un generador, estando dispuesto el generador para suministrar potencia a una red de potencia, y un sistema de almacenamiento de energía para almacenamiento intermedio de energía producida por el generador, comprendiendo el método las etapas de:
- durante la operación de carga completa, recibir un valor de referencia de potencia, Pref, que representa un nivel de potencia que va a suministrarse a la red de potencia por la turbina eólica,
- controlar la turbina eólica para producir una potencia de salida que está en o cerca del valor de referencia de potencia, Pref, mientras que se mantiene un par de fuerzas constante sobre el generador,
- en el caso de que la potencia de salida producida de la turbina eólica excede el valor de referencia de potencia, Pref, almacenar el exceso de energía producida en el sistema de almacenamiento de energía y suministrar un nivel de potencia que es igual al valor de referencia de potencia, Pref, a la red de potencia, y
- en el caso de que la potencia de salida producida de la turbina eólica está por debajo del valor de referencia de potencia, Pref, recuperar energía almacenada del sistema de almacenamiento de energía y suministrar un nivel de potencia que es igual al valor de referencia de potencia, Pref, a la red de potencia, y controlar un ángulo de paso de las palas (4) de turbina eólica basándose en la velocidad de rotación.
Por consiguiente, la invención se refiere al control de una turbina eólica durante la operación de carga completa, como se definió anteriormente. La turbina eólica comprende un rotor que porta un conjunto de palas de turbina eólica, estando el rotor conectado a un árbol de entrada. Por lo tanto, las palas de turbina eólica provocan la rotación del rotor, debido al viento entrante que actúa sobre las palas de turbina eólica, y este movimiento de rotación se transfiere al árbol de entrada. La turbina eólica comprende además un árbol de salida conectado a un generador. Por consiguiente, los movimientos de rotación del árbol de salida se transfieren a una parte de rotación del generador, provocando de ese modo que la parte de rotación del generador rote en relación con una parte estacionaria del generador, y, por lo tanto, provocando que el generador produzca energía eléctrica. El árbol de entrada y el árbol de salida pueden estar conectados directamente entre sí, en cuyo caso los movimientos de rotación del rotor se transfieren más o menos directamente a la parte de rotación del generador. Tales turbinas eólicas a veces se denominan turbinas eólicas de accionamiento directo o sin engranajes. Como alternativa, el árbol de entrada puede estar conectado al árbol de salida a través de un sistema de engranajes. En este caso, la velocidad de rotación del árbol de salida es típicamente más alta que la velocidad de rotación del árbol de entrada.
El generador está conectado eléctricamente a una red de potencia, y, por lo tanto, está dispuesto para suministrar potencia generada de la manera descrita anteriormente a la red de potencia. La turbina eólica comprende además un sistema de almacenamiento de energía para el almacenamiento intermedio de energía producida por el generador. Por consiguiente, la potencia generada por el generador puede o bien suministrarse directamente a la red de potencia o bien suministrarse al sistema de almacenamiento de energía. Esto se describirá con más detalle a continuación.
Según el método de la invención, la turbina eólica se hace funcionar en condiciones de carga completa, como se definió anteriormente. Se recibe un valor de referencia de potencia, Pref, que representa un nivel de potencia que va a suministrarse a la red de potencia por la turbina eólica. El valor de referencia de potencia, Pref, podría, por ejemplo, representar el nivel de potencia nominal de la turbina eólica. Alternativamente, podría representar un nivel de potencia diferente que actualmente se solicita por la red de potencia. Por ejemplo, la turbina eólica puede estar dispuesta en una planta de energía eólica, es decir, un grupo de turbinas eólicas dispuestas dentro de un sitio geográfico limitado. La red de potencia eléctrica puede solicitar un determinado nivel de potencia de toda la planta de energía eólica, y con el fin de satisfacer una solicitud de este tipo, un controlador de planta de energía eólica puede solicitar niveles de potencia específicos de las turbinas eólicas individuales de la planta de energía eólica. Como otra alternativa, la red de potencia puede solicitar una determinada producción de potencia, diferente de la potencia nominal de la turbina eólica, desde la turbina eólica.
En respuesta al valor de referencia de potencia recibido, Pref, la turbina eólica se controla para producir una potencia de salida que está en o cerca del valor de referencia de potencia, Pref. Por lo tanto, la producción de potencia de la turbina eólica es aproximadamente igual al valor de referencia de potencia, Pref, pero no necesariamente exactamente igual al valor de referencia de potencia, Pref. Durante esto, se mantiene un par de fuerzas constante sobre el generador. Por consiguiente, a diferencia de los métodos de la técnica anterior en los que la salida de potencia se mantiene constante con la consecuencia de que se debe permitir que fluctúe el par de fuerzas sobre el generador para compensar las fluctuaciones en la velocidad de rotor, en el método según la invención, se mantiene un par de fuerzas constante sobre el generador, pero se permite que la potencia de salida fluctúe para compensar fluctuaciones en la velocidad de rotor.
Es una ventaja que se mantenga un par de fuerzas constante sobre el generador, debido a que esto reduce el desgaste y las cargas sobre el tren de transmisión y/o el sistema de regulación de paso. Sin embargo, como se describió anteriormente, el coste de esto es una producción de potencia fluctuante, que necesita ser abordado, porque evita que la turbina eólica entregue la potencia de salida solicitada a la red de potencia. Esto se describirá con más detalle a continuación.
En el caso de que la salida de potencia producida de la turbina eólica excede el valor de referencia de potencia, Pref, el exceso de energía producida se almacena en el sistema de almacenamiento de energía, y un nivel de potencia que es igual al valor de referencia de potencia, Pref, se suministra a la red de potencia. Por lo tanto, en este caso, se permite que la turbina eólica genere un nivel de potencia más alto que el nivel de potencia solicitado. Sin embargo, solo el nivel de potencia solicitado se suministra a la red, y el exceso de energía producida se almacena en el sistema de almacenamiento de energía.
De manera similar, en el caso de que la salida de potencia producida de la turbina eólica está por debajo del valor de referencia de potencia, Pref, la energía almacenada se recupera del sistema de almacenamiento de energía, y un nivel de potencia que es igual al valor de referencia de potencia, Pref, se suministra a la red de potencia. Por lo tanto, en este caso se acepta una producción de potencia insuficiente desde la turbina eólica, es decir, una producción de potencia que está por debajo del nivel de potencia solicitado. Sin embargo, con el fin de garantizar que el nivel de potencia solicitado se suministre a la red, se recupera energía del sistema de almacenamiento de energía para compensar la producción de potencia deficiente.
Por consiguiente, el sistema de almacenamiento de energía se usa para absorber las fluctuaciones en la producción de potencia, haciendo uniforme de ese modo la potencia suministrada a la red de potencia y garantizando que el nivel de potencia solicitado se suministre a la red de potencia. Por lo tanto, en el método según la invención, se reducen el desgaste y las cargas sobre el tren de transmisión y/o el sistema de regulación de paso, mientras se garantiza un suministro de potencia constante a la red de potencia.
La turbina eólica puede estar dispuesta en una planta de energía eólica, y el valor de referencia de potencia, Pref, puede proporcionarse por un controlador de planta de energía central, y las etapas de almacenar o recuperar energía en/desde el sistema de almacenamiento de energía y suministrar potencia a la red de potencia pueden controlarse por el controlador de planta de energía central.
Según esta realización, el controlador de planta de energía central determina el nivel de potencia que se requiere de la turbina eólica. Por ejemplo, el valor de referencia de potencia, Pref, puede seleccionarse teniendo en cuenta la producción de potencia de otras turbinas eólicas de la planta de energía eólica, requisitos de la red de potencia, consideraciones de carga, etc. Por consiguiente, el valor de referencia de potencia, Pref, podría ser la potencia nominal de la turbina eólica, pero también podría diferir con respecto a la potencia nominal de la turbina eólica. Además, el controlador de planta de energía central, en esta realización, controla cómo se almacena energía en y se recupera del sistema de almacenamiento de energía, y garantiza que el nivel de potencia solicitado se suministra a la red de potencia.
El sistema de almacenamiento de energía puede estar conectado a al menos una turbina eólica adicional de la planta de energía eólica. Según esta realización, al menos dos de las turbinas eólicas de la planta de energía eólica comparten un sistema de almacenamiento de energía común. De este modo, el exceso de producción de potencia de una turbina eólica puede usarse para compensar la producción de potencia deficiente de otra turbina eólica. Todas las turbinas eólicas de la planta de energía eólica pueden compartir el mismo sistema de almacenamiento de energía, o un subconjunto de las turbinas eólicas de la planta de energía eólica puede compartir el mismo sistema de almacenamiento de energía.
Como alternativa, las etapas de almacenar o recuperar energía en/desde el sistema de almacenamiento de energía y suministrar potencia a la red de potencia pueden controlarse mediante un controlador de turbina eólica local. Según esta realización, el método de la invención se realiza localmente, usando el controlador local de la turbina eólica, e independientemente del funcionamiento de otras turbinas eólicas. La turbina eólica puede, en este caso, ser una turbina eólica independiente, aunque no se descarta que la turbina eólica esté dispuesta en una planta de energía eólica. Además, el sistema de almacenamiento de energía puede ser un sistema de almacenamiento de energía dedicado que solo está conectado a una única turbina eólica.
El sistema de almacenamiento de energía puede, en este caso, conectarse a un enlace de CC de un convertidor de la turbina eólica. Según esta realización, el exceso de energía producida se almacena en el sistema de almacenamiento de energía antes de convertirlo de potencia de CC a potencia de CA. Esto es en particular una ventaja en el caso de que el sistema de almacenamiento de energía es una batería, debido a que las pérdidas pueden minimizarse de este modo.
El sistema de almacenamiento de energía puede comprender una batería. Según esta realización, la energía se almacena en forma de energía eléctrica. Dado que la energía producida por el generador de la turbina eólica también está en forma de energía eléctrica, esto minimiza las pérdidas que podrían introducirse al convertir la energía en otra forma de energía. Otra ventaja de aplicar un sistema de almacenamiento de energía en forma de batería es que el tiempo de respuesta de una batería es muy rápido, permitiendo de ese modo que la energía se almacene y se recupere del sistema de almacenamiento de energía de manera rápida. Con el fin de permitir el uso del sistema de almacenamiento de energía para compensar las fluctuaciones en el viento entrante, debería ser posible almacenar y recuperar energía a una escala de tiempo que sea comparable a la escala de tiempo de estas fluctuaciones. Por lo tanto, es deseable que el sistema de almacenamiento de energía esté diseñado para permitir que la energía se almacene o se recupere en aproximadamente 10 segundos.
Alternativa o adicionalmente, el sistema de almacenamiento de energía puede comprender otro tipo de dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica, tal como un condensador. Como otra alternativa, el sistema de almacenamiento de energía puede ser un sistema de almacenamiento de energía mecánico, por ejemplo, incluyendo un volante de inercia. O el sistema de almacenamiento de energía puede comprender una o más celdas de combustible, almacenamiento hídrico, o cualquier otro tipo adecuado de almacenamiento de energía que permita almacenar temporalmente el exceso de energía producida.
El método comprende además la etapa de controlar un ángulo de paso de las palas de turbina eólica para mantener o controlar la velocidad de rotación del rotor de la turbina eólica según un valor de referencia. Por consiguiente, la estrategia de control de paso de la turbina eólica se realiza basándose en la velocidad de rotación del rotor de la turbina eólica, en lugar de basándose en la potencia de salida producida.
El método puede comprender además la etapa de proporcionar estabilidad de la red de potencia suministrando y/o recuperando energía a/desde el sistema de almacenamiento de energía. Según esta realización, el sistema de almacenamiento de energía no solo se usa para compensar fluctuaciones en la potencia de salida provocadas por fluctuaciones en el viento entrante, pero también para proporcionar estabilidad de la red de potencia. Esto podría, por ejemplo, incluir ajustar el nivel de la potencia suministrada a la red de potencia para cumplir con un cambio en los requisitos de la red de potencia. Esto podría lograrse almacenando energía adicional en el sistema de almacenamiento de energía cuando se requiere una reducción en la potencia suministrada y recuperando energía adicional del sistema de almacenamiento de energía cuando se requiere un aumento en la potencia suministrada.
El método puede comprender además la etapa de suministrar potencia desde el sistema de almacenamiento de energía a la red de potencia en el caso de que se detiene la producción de potencia de la turbina eólica. Según esta realización, la energía que se almacenó previamente en el sistema de almacenamiento de energía puede suministrarse a la red de potencia en el caso de que la turbina eólica se detiene, por ejemplo, debido a bajas velocidades del viento, fallos, mantenimiento, etc. De este modo, tales interrupciones de producción de potencia no afectarán a la potencia suministrada a la red de potencia, y, por lo tanto, la turbina eólica aún puede cumplir sus obligaciones hacia la red de potencia.
Breve descripción de los dibujos
La invención se describirá ahora con más detalle con referencia a los dibujos adjuntos en los que
la figura 1 ilustra la potencia de salida y el par de fuerzas de generador en función de la velocidad de rotación del generador para una turbina eólica que se controla según un método de la técnica anterior,
la figura 2 ilustra la potencia de salida y el par de fuerzas de generador en función de la velocidad de rotación del generador para una turbina eólica que se controla según un método según una realización de la invención,
la figura 3 ilustra una turbina eólica que se controla según una realización de la invención,
la figura 4 ilustra una planta de energía eólica que comprende un número de turbinas eólicas que se controlan según un método según una realización de la invención,
las figuras 5 y 6 son diagramas de bloques que ilustran el control de una turbina eólica según un primer método de la técnica anterior y según una primera realización de la invención, respectivamente, y
las figuras 7 y 8 son diagramas de bloques que ilustran el control de una turbina eólica según un segundo método de la técnica anterior y según una segunda realización de la invención, respectivamente.
Descripción detallada de los dibujos
La figura 1 muestra dos gráficos relacionados con el control de una turbina eólica. El gráfico superior ilustra la potencia de salida en función de la velocidad de rotación del generador, y el gráfico inferior ilustra el par de fuerzas sobre el generador en función de la velocidad de rotación del generador.
Puede verse que a velocidades del viento muy bajas, correspondientes a velocidades de rotación muy bajas, no hay producción de potencia ni par de fuerzas sobre el generador. A velocidades del viento intermedias, correspondientes a la región de carga parcial descrita anteriormente, la potencia de salida así como el par de fuerzas sobre el generador aumentan con el aumento de la velocidad de rotación del generador. Cuando se alcanza la región de carga completa 1, la potencia de salida se mantiene sustancialmente constante a una velocidad de rotación variable. Para obtener esto, se permite que varíe el par de fuerzas sobre el generador. Esto introduce cargas y, por consiguiente, desgaste sobre el tren de transmisión y/o sistema de regulación de paso, como se describió anteriormente.
La figura 2 muestra dos gráficos correspondientes a los gráficos de la figura 1. Sin embargo, en la figura 2 la turbina eólica se controla según un método según una realización de la invención. Puede verse que cuando se alcanza la región de carga completa 1, el par de fuerzas sobre el generador se mantiene constante. De este modo, se reducen las cargas y el desgaste sobre el tren de transmisión y/o el sistema de regulación de paso. Sin embargo, con el fin de obtener esto, se permite que la potencia de salida varíe como se ilustra en el gráfico superior. Con el fin de proporcionar una fuente de suministro de potencia constante a la red de potencia, la turbina eólica comprende un sistema de almacenamiento de energía que permite almacenar energía temporalmente. Por lo tanto, cuando la potencia de salida generada por la turbina eólica excede un valor de referencia de potencia, Pref, que se solicita que la turbina eólica suministre a la red de potencia, el exceso de energía se almacena en el sistema de almacenamiento de energía, y el nivel de potencia solicitado se suministra a la red de potencia. Este es el caso en la región 1a.
De manera similar, en el caso de que la potencia de salida generada por la turbina eólica está por debajo del valor de referencia de potencia, Pref, se recupera energía del sistema de almacenamiento de energía para permitir que la turbina eólica suministre el nivel de potencia solicitado a la red de potencia. Este es el caso en la región 1b.
Por consiguiente, se minimizan las cargas y el desgaste sobre el tren de transmisión y/o el sistema de regulación de paso, mientras que se garantiza que puede suministrarse un nivel de potencia solicitado a la red de potencia.
La figura 3 es una vista esquemática de una turbina eólica 2 que se controla según un método según una realización de la invención. La turbina eólica 2 comprende un rotor 3 que porta un conjunto de palas 4 de turbina eólica, dos de las cuales se muestran. La turbina eólica 2 comprende además una caja de engranajes 5 conectada entre el rotor 3 y un generador 6. El generador 6 convierte la energía mecánica del rotor de rotación 3 en energía eléctrica. La salida eléctrica del generador 6 está conectada a un convertidor de CC/CA 7 a través de un rectificador 8 y un condensador de enlace de CC 9. Debe indicarse que el rectificador 8 podría reemplazarse por un convertidor de CA/CC. Desde el convertidor de CC/CA 7, la potencia de CA se suministra a una red de potencia.
Un sistema de almacenamiento de energía 10 está conectado al enlace de CC entre el condensador de enlace de CC 9 y el convertidor de CC/CA 7. El sistema de almacenamiento de energía 10 comprende una batería 11 y un convertidor de CC/CC 12. Por consiguiente, puede suministrarse energía en forma de potencia de CC desde el enlace de CC a la batería 11, permitiendo de ese modo que la energía eléctrica se almacene en la batería 11. De manera similar, energía en forma de potencia de CC puede recuperarse de la batería 11 y suministrarse al convertidor de CC/CA 7.
La potencia eléctrica producida por el generador 6 puede, por lo tanto, o bien suministrarse directamente a la red de potencia o bien almacenarse en el sistema de almacenamiento de energía 10. Además, la energía almacenada en el sistema de almacenamiento de energía 10 puede recuperarse y suministrarse a la red de potencia, a través del convertidor de CC/CA 7. De este modo, el sistema de almacenamiento de energía 10 puede usarse para compensar fluctuaciones de la potencia de salida de la turbina eólica 2 debido a fluctuaciones en el viento entrante. Como se describió anteriormente, esto permite mantener un par de fuerzas constante sobre el generador 6, reduciendo de ese modo las cargas y el desgaste sobre el tren de transmisión y/o el sistema de regulación de paso, mientras se garantiza que se suministra un nivel de potencia constante a la red de potencia. Se observa que el tren de transmisión incluye la caja de engranajes 5 y el generador 6, así como los árboles que interconectan el rotor 3 y la caja de engranajes 5 y la caja de engranajes 5 y el generador 6, respectivamente, mientras que el sistema de regulación de paso se usa para regular el paso de las palas 4 de turbina eólica.
En la realización ilustrada en la figura 3, el sistema de almacenamiento de energía 10 está conectado a una única turbina eólica 2 solamente, es decir, el sistema de almacenamiento de energía 10 está dedicado a la turbina eólica 2 ilustrada en la figura 3.
La figura 4 ilustra una planta de energía eólica 13 que comprende un número de turbinas eólicas 2, dos de las cuales se muestran. Las turbinas eólicas 2 son similares a la turbina eólica 2 ilustrada en la figura 3, y, por lo tanto, no se describirán en detalle en este caso.
Se proporciona un controlador de planta de energía central 14 para controlar la planta de energía eólica 13, incluyendo garantizar que se suministre un nivel de potencia requerido a una red de potencia desde la planta de energía eólica 13.
El controlador de planta de energía central 14 genera valores de referencia de potencia, Pref, para cada una de las turbinas eólicas 2 de la planta de energía eólica 13, y proporciona estos a las turbinas eólicas individuales 2. Los valores de referencia de potencia, Pref, indican niveles de potencia de salida que se desea que las turbinas eólicas individuales 2 suministren a la red de potencia. Los valores de referencia de potencia, Pref, podría, por ejemplo, generarse teniendo en cuenta una potencia de salida requerida total desde la planta de energía eólica 13 a la red de potencia, información sobre las capacidades y restricciones de las turbinas eólicas individuales 2, información sobre las condiciones del viento, información sobre las condiciones de estela, etc.
Al recibir el valor de referencia de potencia, Pref, cada turbina eólica 2 se controla de tal manera que una potencia de salida que está en o cerca del valor de referencia de potencia, Pref, se produce por la turbina eólica 2. Sin embargo, el par de fuerzas sobre el generador 6 se mantiene a un nivel constante, y se permite que la producción de potencia real de la turbina eólica 2 fluctúe para compensar las fluctuaciones en el viento entrante.
El lado de CA del convertidor de CC/CA 7 de cada turbina eólica 2 está conectado a un sistema común de almacenamiento de energía 10 que comprende una batería 11 y un convertidor de CA/CC 15. Cuando la potencia de salida de una de las turbinas eólicas 2 excede el valor de referencia de potencia, Pref, para esa turbina eólica 2, el exceso de energía se almacena en la batería 11 del sistema común de almacenamiento de energía 10, y un nivel de potencia que es igual al valor de referencia de potencia, Pref, se suministra a la red de potencia. De manera similar, cuando la potencia de salida de una de las turbinas eólicas 2 está por debajo del valor de referencia de potencia, Pref, para esa turbina eólica 2, se recupera energía del sistema de almacenamiento de energía común 10 para garantizar que un nivel de potencia sea igual al valor de referencia de potencia, Pref, puede suministrarse a la red de potencia. Esto es similar a la situación descrita anteriormente con referencia a la figura 3, excepto que en la realización de la figura 4 el exceso de energía se almacena en un sistema de almacenamiento de energía común 10 en lugar de en un sistema de almacenamiento dedicado 10 que tiene solo una turbina eólica 2 conectada al mismo.
La figura 5 es un diagrama de bloques que ilustra un método para controlar una turbina eólica según un primer método de la técnica anterior. Una velocidad de rotor de referencia, o ref , y una velocidad de rotor medida, o, se suministran a una unidad de sustracción 16, y la salida de la unidad de sustracción 16 se alimenta a un controlador de velocidad de rotor 17. Basándose en esto, el controlador de velocidad de rotor 17 suministra una configuración de ángulo de paso, P, y suministra esto a un controlador de turbina eólica 18.
La velocidad de rotor medida, o, también se suministra a una unidad de cálculo 19, que también recibe un valor de referencia de potencia, Pref. Basándose en esto, la unidad de cálculo 19 calcula un valor de par de fuerzas de generador, Tgen, y suministra esto al controlador de turbina eólica 18. El controlador de turbina eólica 18 controla la turbina eólica según la configuración de ángulo de paso recibida, P, y valor de par de fuerzas de generador, Tgen.
El valor de par de fuerzas de generador, Tgen, en este caso, se calcula como:
Figure imgf000007_0003
Por lo tanto, cuando la velocidad de rotor medida, o, fluctúa, también fluctúa el par de fuerzas de generador, Tgen.
La figura 6 es un diagrama de bloques que ilustra un método para controlar una turbina eólica según un método según una primera realización de la invención. El método ilustrado en la figura 6 es similar al método ilustrado en la figura 5. Sin embargo, en la figura 6 la velocidad de rotor de referencia, o ref , se suministra a la unidad de cálculo 19 en lugar de la velocidad de rotor medida, o. Por lo tanto, el valor de par de fuerzas de generador, Tgen, en este caso, se calcula como:
Figure imgf000007_0001
y, por consiguiente, el valor de par de fuerzas de generador, Tgen, es constante.
La figura 7 es un diagrama de bloques que ilustra un método para controlar una turbina eólica según un segundo método de la técnica anterior. El método ilustrado en la figura 7 es similar al método ilustrado en la figura 5. Sin embargo, en la figura 7 el valor de referencia de potencia, Pref, se suministra directamente al controlador de turbina eólica 18. Dado que el par de fuerzas de generador viene dado por la misma ecuación que anteriormente, el par de fuerzas de generador fluctúa de ese modo cuando fluctúa la velocidad de rotor, o.
La figura 8 es un diagrama de bloques que ilustra un método para controlar una turbina eólica según un método según una segunda realización de la invención. El método ilustrado en la figura 8 es similar al método ilustrado en la figura 7. Sin embargo, en la figura 8 la velocidad de rotor medida, o, la velocidad de rotor de referencia, oref, así como el valor de referencia de potencia, Pref, se suministran a una unidad de cálculo 19. Basándose en esto, la unidad de cálculo 19 calcula una potencia de generador, Pgen, y suministra esto al controlador de turbina eólica 18 en lugar del valor de referencia de potencia, Pref. La potencia de generador, Pgen, se calcula como:
Figure imgf000007_0004
El par de fuerzas de generador, Tgen, viene dado por:
Figure imgf000007_0002
Por lo tanto, el par de fuerzas de generador, Tgen, en este caso, permanece constante a medida que fluctúa la velocidad de rotor, o.

Claims (9)

  1. REIVINDICACIONES
    i. Método para controlar una turbina eólica (2), comprendiendo la turbina eólica (2) un rotor (3) que porta un conjunto de palas (4) de turbina eólica y conectado a un árbol de entrada, un árbol de salida conectado a un generador (6), estando dispuesto el generador (6) para suministrar potencia a una red de potencia, y un sistema de almacenamiento de energía (10) para almacenamiento intermedio de energía producida por el generador (6), comprendiendo el método las etapas de:
    - durante la operación de carga completa, recibir un valor de referencia de potencia, Pref, que representa un nivel de potencia que va a suministrarse a la red de potencia por la turbina eólica (2),
    - controlar la turbina eólica (2) para producir una potencia de salida que está en o cerca del valor de referencia de potencia, Pref, mientras que se mantiene un par de fuerzas constante sobre el generador (6),
    - en el caso de que la potencia de salida producida de la turbina eólica (2) excede el valor de referencia de potencia, Pref, almacenar el exceso de energía producida en el sistema de almacenamiento de energía (10) y suministrar un nivel de potencia que es igual al valor de referencia de potencia, Pref, a la red de potencia,
    - en el caso de que la potencia de salida producida de la turbina eólica (2) está por debajo del valor de referencia de potencia, Pref, recuperar energía almacenada del sistema de almacenamiento de energía (10) y suministrar un nivel de potencia que es igual al valor de referencia de potencia, Pref, a la red de potencia, y caracterizado por
    - controlar un ángulo de paso de las palas (4) de turbina eólica basándose en la velocidad de rotación.
  2. 2. Método según la reivindicación 1, en el que la turbina eólica (2) está dispuesta en una planta de energía eólica (13), y en el que el valor de referencia de potencia, Pref, se proporciona por un controlador de planta de energía central (14), y las etapas de almacenar o recuperar energía en/desde el sistema de almacenamiento de energía (10) y suministrar potencia a la red de potencia se controlan por el controlador de planta de energía central (14).
  3. 3. Método según la reivindicación 2, en el que el sistema de almacenamiento de energía (10) está conectado a al menos una turbina eólica (2) adicional de la planta de energía eólica (13).
  4. 4. Método según la reivindicación 1, en el que las etapas de almacenar o recuperar energía en/desde el sistema de almacenamiento de energía (10) y suministrar potencia a la red de potencia se controlan mediante un controlador de turbina eólica local.
  5. 5. Método según la reivindicación 4, en el que el sistema de almacenamiento de energía (10) está conectado a un enlace de CC de un convertidor de la turbina eólica (2).
  6. 6. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el sistema de almacenamiento de energía (10) comprende una batería (11).
  7. 7. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la etapa de controlar un ángulo de paso de las palas (4) de turbina eólica se lleva a cabo para mantener o controlar la velocidad de rotación del rotor (3) de la turbina eólica (2) según un valor de referencia.
  8. 8. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además la etapa de proporcionar estabilidad de la red de potencia suministrando y/o recuperando energía hacia/desde el sistema de almacenamiento de energía (10).
  9. 9. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además la etapa de suministrar potencia desde el sistema de almacenamiento de energía (10) a la red de potencia en el caso de que se detiene la producción de potencia de la turbina eólica (2).
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