ES2947384T3 - Corriente de conmutación controlada de un cambiador de tomas en carga de un aerogenerador - Google Patents
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Abstract
La invención se refiere a un método para controlar una turbina eólica que comprende un transformador que tiene una relación de transformación variable tal como un transformador cambiador de tomas bajo carga. El ajuste de la relación de transformación es posible cuando una corriente del lado primario o una corriente del lado secundario del transformador es menor que un umbral de corriente de conmutación. El método comprende hacer funcionar la turbina eólica de modo que la corriente del lado primario o secundario esté por encima del umbral de corriente de conmutación. En respuesta a la obtención de una condición para cambiar la relación de espiras del transformador, la turbina eólica funciona de modo que la corriente del lado primario o secundario se reduzca por debajo del umbral de corriente de conmutación para que la relación de espiras se pueda cambiar durante la reducción temporal de la corriente. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Corriente de conmutación controlada de un cambiador de tomas en carga de un aerogenerador
Campo de la invención
La invención se refiere a aerogeneradores, en particular al control de aerogeneradores configurados con un transformador con una relación de transformación variable.
Antecedentes de la invención
Los transformadores configurados con un cambiador de tomas en carga se usan con aerogeneradores para regular paso a paso la relación de transformación del transformador y, por lo tanto, el nivel de voltaje en el lado del WTG del transformador. De esta forma, el voltaje en el lado del WTG se puede ajustar, por ejemplo, con el fin de compensar las variaciones del voltaje de la red.
El documento WO 2016/177376 A1 describe un sistema de generación de energía de aerogenerador con un generador eléctrico que genera una salida de potencia en un primer nivel de voltaje de AC, un sistema convertidor que convierte la salida de potencia del generador en el primer nivel de voltaje de Ac en una salida de potencia del convertidor en un segundo nivel de voltaje de AC, y un transformador que convierte la salida de potencia del sistema convertidor en el segundo nivel de voltaje de AC en una salida de potencia del sistema de generación en un tercer nivel de voltaje de AC. El sistema convertidor comprende un convertidor del lado de la máquina, un convertidor del lado de la línea y un enlace de DC. El convertidor del lado de la máquina es un rectificador de línea conmutada y el transformador es un transformador cambiador de tomas en carga.
El documento WO 2016/177376 A1 describe además el uso de un transformador cambiador de tomas en carga para proteger o aislar el sistema de generación de los desequilibrios de voltaje en la red. La relación de transformación ajustable ofrecida por el transformador cambiador de tomas en carga permite la variación del voltaje de AC visto por el convertidor del lado de la línea. Esto se puede explotar para extender la capacidad de potencia activa y reactiva del convertidor del lado de la línea más allá de lo que es posible con un transformador con relación de transformación fija.
Mientras que el documento WO 2016/177376 A1 describe el uso de transformadores cambiadores de tomas en carga con aerogeneradores, todavía hay una necesidad de mejorar el uso de transformadores cambiadores de tomas en carga usados junto con aerogeneradores.
El documento US5450002 describe un controlador conjunto que proporciona comunicación entre un controlador regulador de voltaje estándar y un transformador LTC, para permitir que el controlador estándar se use en la operación del transformador LTC. El controlador conjunto generalmente consta de un circuito de interfaz y un circuito de control.
El documento US2015/0005970 describe diversos sistemas y métodos para determinar una etapa operativa en base a las condiciones eléctricas en los sistemas de entrega de energía eléctrica e identificar una estrategia de control en base a la etapa operativa. La estrategia de control se puede seleccionar y personalizar para evitar o mejorar las tensiones en un sistema de entrega de energía eléctrica al tiempo que se mantiene la estabilidad de los sistemas de entrega de energía eléctrica. Varias realizaciones consistentes con la presente descripción pueden incluir un controlador distribuido configurado para recibir una pluralidad de indicaciones de condiciones eléctricas desde una pluralidad de dispositivos de control en comunicación eléctrica con el sistema de entrega de energía eléctrica.
Compendio de la invención
Es un objeto de la invención abordar los problemas mencionados anteriormente con respecto al uso de transformadores cambiadores de tomas en carga en aerogeneradores y proporcionar soluciones alternativas, aún más eficientes y económicas, para aerogeneradores.
En un primer aspecto de la invención según la reivindicación 1.
La operación del aerogenerador de modo que la corriente del lado primario o secundario esté por encima del umbral de corriente de conmutación implica que se puede utilizar la amplitud de corriente máxima permitida del transformador, con el único inconveniente de que la posición de toma, es decir, la relación de transformación, no se puede cambiar mientras que la corriente del lado primario o secundario esté por encima del umbral de corriente de conmutación.
Si se da una condición para cambiar la relación de transformación, la corriente del lado primario se reduce temporalmente por debajo del umbral de corriente de conmutación de modo que se pueda cambiar la relación de transformación.
De este modo, en lugar de usar un transformador cambiador de tomas en carga o un transformador de relación de transformación variable equivalente con una especificación de umbral de corriente de conmutación grande y por lo
tanto, un transformador cambiador de tomas en carga más costoso, se puede utilizar un transformador más económico con una especificación de umbral de corriente de conmutación más baja.
La condición para cambiar la relación de transformación del transformador puede ser una condición de sobrevoltaje o subvoltaje de la red, es decir, la red interna del parque eólico o la red de transmisión de alto voltaje. El transformador cambiador de tomas en carga se puede usar para regular el nivel de voltaje en el lado secundario del transformador de modo que el voltaje del lado secundario se mantenga dentro de un rango en el que el convertidor de potencia se opera de manera óptima. La ventaja incluye que se puede evitar la desconexión del convertidor de potencia y que las amplitudes de corriente inyectadas a la red se pueden aumentar para soportar los fallos de la red. Según una realización, el transformador incluye un cambiador de tomas, donde la relación de transformación se establece cambiando la posición de toma del cambiador de tomas.
Según una realización, la condición para cambiar la relación de transformación del transformador se invoca por una condición de sobrevoltaje o subvoltaje de red. Tales condiciones de sobrevoltaje o subvoltaje comprenden excursiones de sobrevoltaje y subvoltaje, incluyendo fallos de la red, como fallos por cortocircuito.
Según una realización, la reducción de la corriente del lado primario o secundario por debajo del umbral de corriente de conmutación comprende controlar el convertidor del lado de la línea para reducir la generación de corriente reactiva.
El umbral de corriente de conmutación puede ser un umbral de corriente aparente. De este modo, reduciendo la componente de corriente reactiva generada por el convertidor del lado de la línea, la corriente en los devanados del transformador se puede reducir para permitir un cambio en la relación de transformación.
Según una realización, la reducción de la corriente del lado primario o secundario por debajo del umbral de corriente de conmutación comprende controlar el convertidor de potencia para reducir la generación de corriente activa.
Además de reducir la componente de corriente reactiva, reduciendo la componente de corriente activa generada por el aerogenerador, la corriente en los devanados del transformador se reduce para permitir un cambio de la relación de transformación.
La corriente activa se reduce disipando potencia temporalmente en un resistor del convertidor de potencia.
Según una realización, el aerogenerador se opera para reducir la corriente del lado primario o secundario por debajo del umbral de corriente de conmutación después de un retardo de tiempo variable con relación al tiempo de obtención de la condición para cambiar la relación de transformación del transformador.
Ventajosamente, estableciendo un retardo de tiempo variable, diferentes aerogeneradores en un parque eólico no reducen la inyección de corriente a la red al mismo tiempo. De otro modo, una pluralidad de caídas de corriente simultáneas podría generar una caída de potencia temporal profunda en la potencia suministrada a la red de alto voltaje.
El retardo de tiempo variable se puede obtener de un generador de tiempo estocástico, a partir de retardos de tiempo predeterminados asociados con aerogeneradores particulares de modo que aerogeneradores diferentes tengan retardos de tiempo diferentes, o a partir de retardos de tiempo predeterminados que no están asociados con aerogeneradores particulares sino que se seleccionan, aleatoriamente o en orden, en respuesta a la obtención de la condición para cambiar la relación de transformación.
Según una realización, el cambio de la relación de transformación del transformador no se permite cuando la corriente del lado primario o secundario está por encima del umbral de corriente de conmutación. Ventajosamente, un sistema de control del aerogenerador determina cuándo se permite la conmutación dependiente de un nivel medido o estimado de la corriente del lado primario.
Según una realización, después de la reducción de la corriente del lado primario o secundario por debajo del umbral de corriente de conmutación, la corriente del lado primario o secundario se aumenta por encima del umbral de corriente de conmutación para generar una reducción temporal de la corriente del lado primario.
Ventajosamente, la reducción de la corriente del lado primario o secundario por debajo del umbral proporciona una o más caídas en la corriente primaria con una duración suficiente para realizar uno o más cambios de la relación de transformación por caída de corriente de modo que se pueda cambiar la relación de transformación mientras que la corriente media suministrada a la red es más alta que el umbral de corriente de conmutación.
De este modo, según una realización, se puede realizar una pluralidad de reducciones temporales de la corriente del lado primario para permitir una secuencia de cambios de la relación de transformación, con al menos un cambio de la relación de transformación por caída de la corriente primaria.
De este modo, según una realización, el método comprende cambiar la relación de transformación del transformador una vez, o al menos una vez, para cada reducción temporal de la corriente del lado primario.
Un segundo aspecto de la invención se refiere a un sistema de control para controlar un aerogenerador que comprende un generador de potencia, un convertidor de potencia con un convertidor del lado del generador y un convertidor del lado de la línea, y un transformador con un lado secundario conectado al convertidor del lado de la línea y un lado primario conectado a una línea de alimentación, donde el transformador tiene una relación de transformación variable que permite el ajuste de la relación de voltaje del voltaje del lado primario del transformador y el voltaje del lado secundario del transformador y donde el ajuste de la relación de transformación es posible cuando la corriente del lado primario o la corriente del lado secundario del transformador es menor que un umbral de corriente de conmutación, donde el sistema de control está dispuesto para realizar los pasos según el primer aspecto.
Un tercer aspecto de la invención se refiere a un producto de programa informático que comprende un código de software adaptado para controlar un aerogenerador cuando se ejecuta en un sistema de procesamiento de datos, el producto de programa informático que está adaptado para realizar el método según el primer aspecto.
El producto de programa informático se puede proporcionar en un medio de almacenamiento legible por ordenador o ser descargable desde una red de comunicación. El producto de programa informático comprende instrucciones para hacer que el sistema de procesamiento de datos, por ejemplo, en forma de controlador, lleve a cabo la instrucción cuando se carga en el sistema de procesamiento de datos.
Un cuarto aspecto de la invención se refiere a un aerogenerador que comprende un sistema de control según el segundo aspecto.
En general, los diversos aspectos y realizaciones de la invención se pueden combinar y acoplar de cualquier forma posible dentro del alcance de la invención. Estos y otros aspectos, características y/o ventajas de la invención serán evidentes a partir de y se dilucidarán con referencia a las realizaciones descritas de aquí en adelante.
Breve descripción de los dibujos
Se describirán realizaciones de la invención, a modo de ejemplo solamente, con referencia a los dibujos, en los que la Fig. 1 muestra un aerogenerador,
la Fig. 2A muestra un sistema de energía de un aerogenerador,
la Fig. 2B muestra un cambiador de tomas en carga y un transformador asociado,
la Fig. 3 ilustra métodos según realizaciones de la invención, y
la Fig. 4 muestra una central de energía eólica con una pluralidad de aerogeneradores.
Descripción de realizaciones
La Fig. 1 muestra un aerogenerador 100 (WTG) que comprende una torre 101 y un rotor 102 con al menos una pala de rotor 103, tal como tres palas. El rotor está conectado a una góndola 104 que está montada en la parte superior de la torre 101 y que está adaptada para accionar un generador situado en el interior de la góndola a través de un tren de transmisión. El rotor 102 se puede hacer girar por la acción del viento. La energía de rotación inducida por el viento de las palas del rotor 103 se transfiere a través de un eje al generador. De este modo, el aerogenerador 100 es capaz de convertir la energía cinética del viento en energía mecánica por medio de las palas del rotor y, posteriormente, en energía eléctrica por medio del generador. El generador está conectado con un convertidor de potencia que comprende un convertidor del lado del generador y un convertidor del lado de la línea. El convertidor del lado del generador convierte la energía de AC del generador en energía de DC y el convertidor del lado de la línea convierte la energía de DC en energía de AC para inyectarla en la red de la empresa de servicios públicos. La Fig. 2A muestra un ejemplo de un sistema de energía 200 de un aerogenerador 100 según a una realización. El sistema de energía comprende un generador 201 y un convertidor de potencia 202. El convertidor de potencia 202 comprende un convertidor del lado del generador 203, un convertidor del lado de la línea 204, un enlace de DC 205 y un resistor 207 conectado con un conmutador controlable 206. El resistor y el conmutador forman un dispositivo de disipación de potencia, también conocido como seccionador, para disipar potencia activa. El enlace de DC 205 comprende uno o más condensadores de enlace de DC que se cargan mediante la corriente de salida de DC del convertidor del lado del generador 203 y que suministra energía de DC al convertidor del lado de la línea 204. La corriente de AC de salida del convertidor del lado de la línea 204 se suministra a través de los inductores de salida 206 y posiblemente a través de un transformador de aerogenerador 208 a la línea de alimentación 220.
La línea de alimentación 220 puede ser un bus de energía de medio voltaje que recibe energía de otros aerogeneradores 100. La línea de alimentación 220 se puede conectar con una red de alto voltaje 402 a través de un transformador 401 adicional como se ilustra en la Fig. 4. De este modo, la línea de alimentación 220 y uno o más sistemas de energía 200 de los correspondientes aerogeneradores constituyen una central o parque de energía eólica 400 dispuesto para suministrar energía a una red de empresa de servicios públicos, es decir, la red de alto voltaje 402.
La red de alto voltaje también se conoce comúnmente como red eléctrica de alto voltaje, es decir, una red de energía para la distribución de energía eléctrica.
Comúnmente se hace referencia a línea de alimentación 220 y la red de alto voltaje como red o red eléctrica.
El convertidor de potencia 202 puede ser un convertidor de escala completa configurado según diferentes principios, incluyendo convertidores de conmutación forzada y de línea conmutada. No obstante, cualquier realización descrita en la presente memoria se aplica igualmente también a configuraciones de generadores de inducción doblemente alimentados y otros equivalentes a tales configuraciones de generadores y otros convertidores de potencia de AC a AC.
El transformador de aerogenerador 208 es un transformador de relación de transformación variable que permite el ajuste de la relación de transformación y, por ello, la relación de voltaje de un voltaje del lado primario Upri del transformador y un voltaje del lado secundario Usec del transformador. El transformador 208 también se conoce como transformador Cambiador de Tomas En Carga - en resumen, un transformador OLTC 208 - que tiene varios puntos de toma que permiten que la relación de transformación del transformador sea variada.
Dado que la relación de transformación variable de los lados de transformador 208 primario y secundario es igual a la relación de los voltajes primario y secundario, es decir, la relación de transformación Npri/Nsec es igual a Upri/Usec, esto permite la adaptación del voltaje visto por el convertidor del lado de la línea 204. Esto se puede usar para proporcionar soporte de voltaje de red en situaciones de eventos de subvoltaje de red o eventos de sobrevoltaje de red, es decir, en situaciones en las que el voltaje en la red de alto voltaje aumenta o disminuye fuera de una región de voltaje nominal.
De este modo, la relación de transformación ajustable se puede usar para mantener el voltaje secundario Usec dentro de un rango de trabajo aceptable del convertidor de potencia 202, por ejemplo, para evitar la desconexión del convertidor de potencia 202.
La relación de transformación del Transformador Cambiador de Tomas En Carga se puede cambiar mientras que se carga, pero solamente mientras que la corriente del lado secundario Isec o la corriente del lado primario Ipri del transformador sea menor que el umbral de corriente de conmutación Imax del dispositivo Cambiador de Tomas En Carga. Durante la operación estática, es decir, durante la operación del transformador en la que no se cambia la posición de toma o la relación de transformación, la corriente del lado secundario o la corriente del lado primario pueden exceder el umbral de corriente de conmutación Imax.
De este modo, el umbral de corriente de conmutación Imax es la corriente máxima que se acepta para las operaciones de conmutación del cambiador de tomas. El umbral de corriente de conmutación Imax se puede definir para el lado primario o el secundario, o posiblemente para ambos lados. Por consiguiente, la condición para conmutar el cambiador de tomas se puede definir para la corriente del lado primario Ipri o la corriente del lado secundario Isec.
Es decir, dado que el cambiador de tomas normalmente está situado en el lado primario, el umbral de corriente de conmutación Imax normalmente se define para la corriente del lado primario Ipri. Alternativamente, el umbral de corriente de conmutación Imax se puede definir para la corriente del lado secundario Isec. Además, incluso si el umbral de corriente de conmutación Imax se define para la corriente del lado primario Ipri, debido a la proporcionalidad entre las corrientes del lado primario y secundario, el umbral de corriente de conmutación Imax se puede determinar para el lado secundario a través de la relación de transformación, o viceversa. Por lo tanto, como se usa en la presente memoria, la condición para conmutar el cambiador de tomas se cumple cuando Isec o Ipri es menor que (o posiblemente igual a) Imax; donde se entiende que la Imax, dependiendo de su definición, se aplica o bien a la corriente del lado primario o bien a la del secundario. Por consiguiente, como se usa en la presente memoria, cuando se explica una comparación entre la corriente del lado primario Ipri y el umbral de corriente de conmutación Imax, esto es equivalente a una comparación entre la corriente del lado secundario Isec y el umbral de corriente de conmutación Imax.
El sistema de control 250 se puede configurar de modo que cambiar la relación de transformación del transformador 208 esté prohibido cuando la corriente del lado primario esté por encima del umbral de corriente de conmutación Imax.
El sistema de energía 200 se ilustra principalmente y, por lo tanto, no revela explícitamente que el sistema pueda ser un sistema trifásico. No obstante, los principios de las realizaciones descritas se aplican tanto a sistemas monofásicos como multifásicos.
La Fig. 2A también muestra un sistema de control 250 para operar el aerogenerador, particularmente para controlar el convertidor del lado de la línea 204 y la relación de transformación del transformador OLTC 208. El convertidor del lado de la línea 204 usa alguna variante de modulación de ancho de pulsos (PWM) para convertir la energía de DC en energía de AC. El sistema de control 250 se usa para controlar la modulación del convertidor del lado de la línea 204 y para controlar la corriente reactiva y la corriente activa generadas por el convertidor del lado de la línea 204.
La Fig. 2B ilustra un transformador cambiador de tomas en carga 208 con tomas 291 que proporcionan diferentes relaciones de transformación N_OLTC y un cambiador de tomas 292 dispuesto para ser conmutado entre diferentes tomas 291. Hay múltiples tecnologías para transformadores cambiadores de tomas en carga. Si bien estas tecnologías particulares no se describen en detalle aquí, todas exhiben la propiedad particular de que el cambiador de tomas se puede conmutar y que la corriente durante la conmutación se debe mantener por debajo de un cierto límite, definido por las clasificaciones del aparato OLTC.
La Fig. 3 ilustra métodos según realizaciones de la invención. El gráfico 301 muestra el voltaje primario Upri del lado primario del transformador 208, el gráfico 302 muestra el voltaje secundario Usec del lado secundario del transformador 208, el gráfico 303 muestra la relación de transformación N, el gráfico 304 muestra la corriente secundaria Isec en el devanado secundario del transformador y el gráfico 305 muestra la corriente primaria Ipri en el devanado primario del transformador.
Como se ilustra durante la operación, al menos durante un intervalo de tiempo alrededor de t1, el aerogenerador 100 se opera de modo que la corriente del lado primario Ipri esté por encima del umbral de corriente de conmutación Imax. Por consiguiente, durante este intervalo de tiempo, y generalmente, cuando Ipri > Imax, el cambiador de tomas no se puede conmutar a otra posición.
Se observa que los voltajes primario y secundario, así como las corrientes primaria y secundaria, están directamente relacionados a través de la relación de transformación N.
También se observa que los gráficos 301-305 no están a escala y que el eje de ordenadas ilustra diferentes cantidades físicas.
En t1 surge un fallo o condición de red, aquí una condición de red de subvoltaje de red, pero alternativamente podría ser una condición de red de sobrevoltaje de red u otra situación que según una realización de la invención conduciría a una condición para cambiar la relación de transformación N del transformador. Tales situaciones comprenden cambios de voltaje no transitorios en la red durante períodos más largos (múltiples segundos o minutos) debido al cambio de equilibrio de carga en la red. La condición de red de subvoltaje/sobrevoltaje puede ser debida a fallos en la red u otras condiciones que no están necesariamente relacionadas con fallos.
La condición de red de subvoltaje de red influye directamente en el voltaje primario Upri y, por ello, en el voltaje secundario Usec según la presente relación de transformación N.
La condición de red de subvoltaje o sobrevoltaje de red se puede obtener sobre la base de voltajes medidos o desviaciones de voltaje obtenidos por un detector de voltaje compuesto por el sistema de control 250 y dispuesto para medir el voltaje del lado secundario Usec o el voltaje del lado primario Upri. Alternativamente, la condición de red baja o alta se puede proporcionar al sistema de control 250 como una señal de control, por ejemplo, una señal de control obtenida sobre la base de una medición de voltaje de la red de alto voltaje.
Una condición de subvoltaje de red implicaría que la energía se entrega a la línea de alimentación 220 por el aerogenerador a una corriente más alta tanto en Isec como en Ipri. Al mismo tiempo, la corriente secundaria Isec puede estar en un máximo lo que podría conducir a la desconexión del convertidor de potencia 202. Ventajosamente, el voltaje en el lado secundario se puede aumentar cambiando la relación de transformación N del transformador 208 de modo que el voltaje secundario se aumente aún más con relación al voltaje primario real. De esta forma, la potencia entregada se puede mantener a un Isec más baja o se puede reducir la reducción de la potencia entregada.
Como se ilustra en la Fig. 3, después de una condición de subvoltaje de red de la red, la corriente secundaria Isec se aumenta como se muestra por el aumento de corriente 306. El aumento 306 de la corriente secundaria puede ser en forma de un aumento de la corriente reactiva con el fin de soportar un aumento de voltaje de la red de alto voltaje. Alternativamente, el aumento 306 de la corriente secundaria puede ser en forma de un aumento de la corriente activa o, en general, un aumento de las componentes de corriente tanto reactiva como activa. El aumento de corriente 306 en el lado secundario también causa un aumento de corriente en el lado primario y, por lo tanto, pueden necesitar además reducciones de corriente 310 temporales.
De manera similar, en caso de una condición de red de sobrevoltaje de red, que conduciría a un aumento inaceptable del voltaje del lado secundario que podría conducir a la desconexión del convertidor de potencia 202, el voltaje en el lado secundario se puede disminuir cambiando la relación de transformación N del transformador 208 de modo que el voltaje secundario se disminuya a un voltaje aceptable.
En situaciones donde la corriente del lado primario Ipri está por encima del umbral de corriente de conmutación Imax, no se pueden cambiar la posición de toma y, por ello, la relación de transformación.
De este modo, con el fin de permitir un cambio de la relación de transformación N, la corriente Isec entregada por el convertidor de línea 204 se reduce antes del cambio de la posición de toma en t2. La corriente secundaria Isec se reduce en una cantidad AIsec que conduce a una disminución de la corriente primaria Ipri por debajo del umbral de corriente de conmutación Imax.
Por consiguiente, la reducción necesaria de la corriente secundaria Isec depende de la generación de corriente secundaria Isec real y de la relación de transformación N real.
El umbral de corriente de conmutación Imax se puede definir en términos de una potencia aparente, es decir, la suma vectorial de las corrientes primarias Ipri activa y reactiva. Por consiguiente, la reducción de la corriente primaria Ipri por debajo del umbral de corriente de conmutación Imax se puede lograr cambiando la corriente reactiva y/o activa entregada por el convertidor del lado de la línea 204, es decir, las componentes reactiva y/o activa o la corriente secundaria Isec, o de manera equivalente, las componentes reactiva y/o activa o la corriente primaria Ipri. La reducción de la corriente primaria Ipri por debajo del umbral de corriente de conmutación Imax y el aumento posterior de la corriente primaria, por ejemplo, volver al nivel de corriente anterior, forma una reducción de corriente 310 temporal.
Por consiguiente, la reducción de la corriente del lado primario Ipri por debajo del umbral de corriente de conmutación Imax puede incluir una reducción de la corriente reactiva. La reducción de la corriente reactiva se puede lograr controlando el convertidor del lado de la línea 204 para reducir la generación de corriente reactiva. Además, la reducción de la corriente del lado primario Ipri por debajo del umbral de corriente de conmutación Imax incluye una reducción de la corriente activa. La reducción de la corriente activa se logra disipando potencia en el seccionador del convertidor de potencia 202, es decir, el resistor 207 y el conmutador 207.
Cuando la corriente del lado primario Ipri se ha reducido por debajo del umbral de corriente de conmutación Imax, se puede cambiar la relación de transformación del transformador.
En un parque de aerogeneradores con una pluralidad de aerogeneradores 100 que generan de energía donde dos o más de los aerogeneradores necesitan realizar un cambio de la relación de transformación N y, por ello, una reducción temporal de la corriente primaria Ipri a ser entregada a la línea de alimentación 220, los aerogeneradores se pueden controlar para iniciar la reducción de la corriente primaria Ipri en diferentes momentos, posiblemente de modo que los periodos AT de las reducciones de entrega de corriente temporales no sean coincidentes temporalmente para diferentes aerogeneradores 100.
Esto se puede lograr operando cada aerogenerador para reducir la corriente del lado primario Ipri por debajo del umbral de corriente de conmutación Imax después de un retardo de tiempo variable Tretardo con relación al tiempo de obtención de la condición para cambiar la relación de transformación del transformador. El retardo de tiempo variable se puede determinar según una programación de temporización predeterminada, una generación estocástica de retardos de tiempo Tretardo o de otras formas.
En otras configuraciones de un parque de aerogeneradores, los aerogeneradores 100 pueden no ser controlados para iniciar la reducción de la corriente en el transformador 208 en diferentes momentos, dado que cada aerogenerador experimentará voltajes y potencias eólicas disponibles ligeramente diferentes en cualquier instante dado. Por lo tanto, la distribución de periodos con generación de corriente por debajo de Imax se puede lograr sin ningún control especial. En otra realización, un controlador de central de energía eólica dispuesto como un sistema de control de supervisión de una pluralidad de aerogeneradores en la central eólica puede ordenar a aerogeneradores individuales cambiar de tomas en instantes sesgados.
La reducción de la corriente del lado primario Ipri por debajo del umbral de corriente de conmutación Imax y el aumento posterior de la corriente del lado primario por encima del umbral de corriente de conmutación se controla por el sistema de control 250 para generar una reducción de corriente temporal de una duración AT adecuada según los requisitos de tiempo de conmutación del cambiador de tomas.
Como se ilustra en la Fig. 3, se pueden llevar a cabo uno o más cambios posteriores de la relación de transformación en tiempos t2-t4 posteriores en una secuencia de reducciones de corriente con el fin de obtener el cambio necesario (aumento o reducción) del voltaje secundario Usec. Como se ilustra en este ejemplo, para cada aumento del voltaje secundario Usec, la corriente del lado secundario se disminuye en respuesta a un cambio de la relación de transformación N. Por consiguiente, el sistema de control 250 se puede configurar para realizar una pluralidad de reducciones temporales de la corriente del lado primario Ipri por debajo del umbral Imax.
Normalmente, se realiza un único cambio de la relación de transformación N para cada reducción temporal de la corriente del lado primario Ipri, es decir, durante el tiempo AT de la reducción de corriente. No obstante, el sistema de control 250 también se puede configurar para realizar dos o más cambios de la relación de transformación durante cada período AT de la reducción temporal de la corriente del lado primario. Por consiguiente, el período AT de la reducción temporal de la corriente del lado primario Ipri se puede determinar por el sistema de control 250 según el número de cambios de la relación de transformación a ser efectuados, o el período AT puede ser fijo. El retardo Tretardo2 entre las reducciones temporales de la corriente del lado primario Ipri puede ser fijo, aleatorio o determinado dependiendo de otras condiciones. Por ejemplo, el retardo Tretardo2 entre reducciones de corriente posteriores se puede determinar por una reducción temporal según los requisitos de enfriamiento del transformador 208.
Aunque la presente invención se ha descrito en conexión con las realizaciones especificadas, no se debería interpretar como que está limitada de ninguna forma a los ejemplos presentados. El alcance de la presente invención se ha de interpretar a la luz del conjunto de reivindicaciones que se acompañan. En el contexto de las reivindicaciones, los términos “que comprende” o “comprende” no excluyen otros posibles elementos o pasos. También, la mención de referencias tales como “un”, “uno” o “una”, etc. no se debería interpretar como excluyente de una pluralidad. El uso de signos de referencia en las reivindicaciones con respecto a los elementos indicados en las figuras tampoco se interpretará como limitante del alcance de la invención.
Claims (12)
1. Un método para controlar un aerogenerador (100) que comprende un generador (201), un convertidor de potencia (202) con un convertidor del lado del generador (203), un enlace de DC (205), un resistor (207) conectado con un conmutador controlable (206) y un convertidor del lado de la línea (204), y un transformador (208) con un lado secundario conectado al convertidor del lado de la línea y un lado primario conectado a una línea de alimentación (220), donde el transformador tiene una relación de transformación (N) variable que permite el ajuste de la relación de voltaje de un voltaje del lado primario (Upri) del transformador y un voltaje del lado secundario (Usec) del transformador y donde el ajuste de la relación de transformación es posible cuando una corriente del lado primario (Ipri) o una corriente del lado secundario (Isec) del transformador es menor que un umbral de corriente de conmutación (Imax), caracterizado por que el método comprende
- operar el aerogenerador de modo que la corriente del lado primario o secundario (Ipri, Isec) esté por encima del umbral de corriente de conmutación (Imax),
- obtener una condición para cambiar la relación de transformación del transformador,
- operar el aerogenerador de modo que la corriente del lado primario o secundario se reduzca por debajo del umbral de corriente de conmutación,
- donde la reducción de la corriente del lado primario o secundario (Ipri, Isec) por debajo del umbral de corriente de conmutación (Imax) comprende controlar el convertidor de potencia para reducir la generación de corriente reactiva, y que comprende además una reducción de una corriente activa mediante la disipación de potencia en un seccionador del convertidor de potencia (202), es decir, el resistor (207) y el conmutador (206), y
- cambiar la relación de transformación (N) del transformador cuando la corriente del lado primario o secundario (Ipri, Isec) está por debajo del umbral de corriente de conmutación (Imax).
2. Un método según la reivindicación 1, en donde el transformador incluye un cambiador de tomas (292), y donde la relación de transformación (N) se establece cambiando una posición de toma (291) del cambiador de tomas.
3. Un método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la condición para cambiar la relación de transformación (N) del transformador se invoca por una condición de red de subvoltaje o sobrevoltaje de red.
4. Un método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la reducción de la corriente del lado primario o secundario por debajo del umbral de corriente de conmutación comprende controlar el convertidor del lado de la línea (204) para reducir la generación de corriente reactiva.
5. Un método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el aerogenerador se opera para reducir la corriente del lado primario o secundario (Ipri, Isec) por debajo del umbral de corriente de conmutación (Imax) después de un retardo de tiempo (Tretardo) variable relativo al tiempo de obtención de la condición para cambiar la relación de transformación del transformador.
6. Un método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde no se permite el cambio de la relación de transformación del transformador cuando la corriente del lado primario o secundario (Ipri, Isec) está por encima del umbral de corriente de conmutación (Imax).
7. Un método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde posterior a la reducción de la corriente del lado primario o secundario (Ipri, Imax) por debajo del umbral de corriente de conmutación (Imax), la corriente del lado primario o secundario se aumenta por encima del umbral de corriente de conmutación para generar una reducción temporal (310) de la corriente del lado primario.
8. Un método según la reivindicación 7, que comprende realizar una pluralidad de las reducciones temporales (310) de la corriente del lado primario.
9. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 7-8, donde el método comprende cambiar la relación de transformación (N) del transformador una vez para cada reducción temporal de la corriente del lado primario.
10. Un sistema de control (250) para controlar un aerogenerador (100) que comprende un generador de potencia (201), un convertidor de potencia (202) con un convertidor del lado del generador (203), un enlace de DC (205), un resistor (207) conectado con un conmutador controlable (206) y un convertidor del lado de la línea (204), y un transformador (208) con un lado secundario conectado al convertidor del lado de la línea y un lado primario conectado a una línea de alimentación (220), donde el transformador tiene una relación de transformación (N) variable que permite el ajuste de la relación de voltaje de un voltaje del lado primario (Upri) del transformador y un voltaje del lado secundario (Usec) del transformador, caracterizado por que el ajuste de la relación de transformación es posible cuando una corriente del lado primario (Ipri) o una corriente del lado secundario (Isec) del transformador es menor que un umbral de corriente de conmutación (Imax), donde el sistema de control está dispuesto para realizar los pasos según el método de cualquiera de las reivindicaciones 1-9.
11. Un producto de programa informático que comprende un código de software adaptado para controlar un aerogenerador (100) cuando se ejecuta en un sistema de procesamiento de datos, el producto de programa informático que está adaptado para realizar el método de cualquiera de las reivindicaciones 1-9
12. Un aerogenerador (100) que comprende un sistema de control según la reivindicación 10.
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