ES2957289T3 - Sistemas de energía - Google Patents
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Abstract
Se describe un método para controlar un sistema de energía. El sistema de energía incluye una máquina eléctrica, por ejemplo, un generador de turbina eólica, un convertidor de energía y un circuito de CC. Un sistema de frenado dinámico (o DBS) incluye un circuito de frenado conectado en serie al circuito de CC. El circuito de frenado incluye una resistencia de frenado y un helicóptero. El método comprende las etapas de: operar el DBS y controlar el funcionamiento de la máquina eléctrica basándose en una temperatura predominante del circuito de frenado. El método puede comprender además la etapa de detener la máquina eléctrica. Se puede controlar que la máquina eléctrica se reinicie a su potencia de salida nominal una vez que la temperatura predominante de la resistencia de frenado alcance o caiga por debajo de un umbral de temperatura más bajo. Alternativamente, la máquina eléctrica se puede reiniciar con una potencia de salida más baja y, después del reinicio, su potencia de salida se puede aumentar basándose en un perfil de potencia de arranque a medida que se enfría la resistencia de frenado. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Sistemas de energía
Campo técnico
La presente invención se refiere a sistemas de energía que incluyen un sistema de frenado dinámico (o DBS), y en particular a un DBS que incluye al menos un circuito de frenado conectado a un circuito de corriente continua (CC) para disipar el exceso de energía en forma de calor.
Antecedentes de la técnica
En la Figura 1 se muestra un sistema 1 de energía con un sistema de frenado dinámico (o DBS). El DBS incluye un circuito 2 de frenado conectado a un circuito 4 de CC del sistema 1 de energía.
El circuito 4 de CC está conectado a los terminales de CC de un convertidor 6 de potencia CA/CC, por ejemplo, un convertidor multinivel. Los terminales de CA del convertidor 6 de potencia de CA/CC están conectados a una máquina eléctrica, en este caso un generador 8 de turbina eólica. El rotor del generador 8 de turbina eólica es impulsado para girar mediante un conjunto 10 de rotor que incluye una o más palas de rotor. Aunque no se muestra en la Figura 1, el circuito 4 de CC normalmente también está conectado a los terminales de CC de un convertidor de potencia. El convertidor de potencia puede ser un convertidor de potencia CC/CA, por ejemplo, un convertidor multinivel, con terminales de CA que están conectados a una red eléctrica de CA, por ejemplo. El convertidor de potencia también puede ser un convertidor de potencia CC/CC con otros terminales de CC que están conectados a una red eléctrica de CC, por ejemplo. El circuito de CC también puede formar parte de una red eléctrica de CC. El circuito 4 de CC puede ser un enlace CC entre dos o más convertidores de potencia estrechamente acoplados. Durante el funcionamiento normal, la energía generada por el generador 8 de turbina eólica se suministra al circuito 4 de CC a través del convertidor 6 de potencia de CA/CC que funciona como un rectificador activo. Por lo tanto, se puede suministrar energía desde el circuito de CC a la red eléctrica de CA a través del convertidor de potencia de CC/CA que funciona como un inversor, o a la red eléctrica de CC a través del convertidor de potencia de CC/CC o directamente.
El DBS puede funcionar para disipar cualquier exceso de energía en el circuito 4 de CC que pueda resultar durante el funcionamiento normal del generador 8 de turbina eólica, por ejemplo, para mantener la velocidad de la turbina dentro de su límite permitido, o durante un fallo en el sistema de energía o en el sistema conectado red eléctrica.
El sistema de energía puede incluir un segundo convertidor de potencia de CA/CC cuyos terminales de CA están conectados al generador 8 de turbina eólica en paralelo con el convertidor de potencia de CA/CC mencionado anteriormente, y cuyos terminales de CC están conectados a un segundo circuito de CC. Se pueden conectar dos o más circuitos 2 de frenado a cada circuito 4 de CC, cada circuito de frenado está adaptado para disipar una proporción del exceso de energía en el circuito de CC. La Figura 3 muestra una disposición práctica de un sistema 1 ’ de energía donde el generador 8 de turbina eólica está conectado a una red 12 o red eléctrica de CA mediante dos o más conjuntos 14a,.14n convertidores de potencia (o "canales") dispuestos en paralelo. Cada conjunto 14a, 14n convertidor de potencia incluye un convertidor 16 de potencia CA/CC cuyos terminales de CA están conectados al generador 8 de turbina eólica, un circuito 18 de CC y un convertidor 20 de potencia CC/CA cuyos terminales de CA están conectados a la red 12 o red eléctrica de CA. El circuito 18 de CC de cada conjunto 14a, 14n convertidor de potencia es un enlace de CC entre los dos convertidores 16, 20 de potencia de CA/CC y CC/CA estrechamente acoplados. Durante el funcionamiento normal, la potencia generada por el generador 8 de turbina eólica se suministra al circuito 16 de CC de cada conjunto 14a, 14n convertidor de potencia a través del respectivo convertidor 16 de potencia de CA/CC que funciona como un rectificador activo y la energía se suministra desde el circuito de CC a la red 12 o red eléctrica de CA. a través del respectivo convertidor 20 de potencia CC/CA funcionando como un inversor.
El DBS incluye dos circuitos de frenado por conjunto 14a, 14n convertidor de potencia. En particular, como se muestra en la Figura 3, dos circuitos 2a, 2b de frenado están conectados en serie al circuito 18 de CC del primer conjunto 14a convertidor de potencia y dos circuitos 2c, 2d de frenado están conectados en serie al circuito de CC del enésimo conjunto 14n convertidor de potencia. Se apreciará fácilmente que el sistema 1' de potencia puede tener cualquier número adecuado de conjuntos convertidores de potencia dispuestos en paralelo (es decir, cualquier número adecuado de "canales") dependiendo de los requisitos de diseño de potencia, y que cualquier número adecuado de circuitos de frenado puede conectarse al circuito de CC de cada conjunto de convertidor de potencia. Si se conectan dos o más circuitos de frenado al mismo circuito de CC, disiparán una proporción del exceso de energía en el circuito de CC. Si el sistema de energía tiene dos o más conjuntos de convertidores de potencia (o "canales") en paralelo, el exceso de energía en cada circuito de CC será una proporción de la potencia de salida del generador 8 de turbina eólica. Por ejemplo, si hay tres conjuntos de convertidores de potencia para la disposición mostrada en la Figura 3 (es decir, n=3) habrá un total de seis circuitos de frenado. Si los circuitos de frenado son sustancialmente idénticos, cada circuito de frenado disipará aproximadamente una sexta parte (1/6) de la potencia de salida del generador 8 de turbina eólica cuando funciona el DBS y debe clasificarse en consecuencia.
Como se muestra en la Figura 2, cada circuito 2 de frenado incluye una resistencia 22 de frenado conectada en serie y un interruptor 24 (por ejemplo, un conmutador semiconductor totalmente controlable como un IGBT) que se controla para encenderse y apagarse mediante un circuito de accionamiento de puerta (no mostrado) bajo el control de una unidad 26 de control. Si el DBS tiene dos o más circuitos de frenado, ya sea conectados al mismo circuito de CC o a circuitos de CC separados, los interruptores se encienden y apagan preferiblemente de manera sustancialmente simultánea para que los circuitos de frenado individuales funcionen de manera coordinada para disipar la energía en los circuitos de CC. La unidad 26 de control puede ser parte de una unidad de control para el sistema de energía, que también puede controlar el funcionamiento del generador de turbina eólica, los convertidores de potencia, etc. Cada circuito 2 de frenado también puede incluir un diodo 28 de recuperación para disipar la energía almacenada en la inductancia del circuito de frenado. Debe entenderse que la Figura 2 muestra un circuito de frenado funcional equivalente y que la inductancia puede ser representativa de inductancias parásitas y/o intencionales. Se puede utilizar cualquier topología de circuito de frenado adecuada siempre que incluya una resistencia de frenado y un interruptor.
Cuando se enciende el interruptor 24 de cada circuito 2 de frenado, el exceso de energía en el circuito 4 de CC conectado se dirige a la resistencia 22 de frenado donde se disipa en forma de calor. Cada resistencia 22 de frenado puede tener cualquier construcción adecuada.
El DBS puede funcionar automáticamente si el voltaje en el circuito de CC (o uno de los circuitos de CC) excede un umbral, o si hay un desequilibrio de voltaje en el circuito de CC (o uno de los circuitos de CC). Durante el funcionamiento del DBS, el interruptor 24 de cada circuito 2 de frenado se puede encender continuamente, pero más comúnmente lo enciende y apaga la unidad 26 de control según un ciclo de trabajo que determina la disipación de energía.
En caso de fallo en la red eléctrica, la potencia de salida del generador 8 de turbina conectado no se puede suministrar a la red eléctrica. El conjunto 10 de rotor no puede detenerse inmediatamente por medios mecánicos (por ejemplo, un freno mecánico) y el DBS debe ser capaz de disipar al menos la totalidad de la potencia de salida nominal del generador 8 de turbina eólica durante un período de tiempo mientras el generador 8 de turbina eólica se controla para reducir su velocidad de rotación hasta detenerse por completo. Tal situación del "peor caso" podría basarse en una potencia de salida que es mayor que la potencia de salida nominal del generador 8 de turbina eólica en caso de que la velocidad del viento aumente rápidamente al mismo tiempo que se produce la falla en la red eléctrica. El DBS disipa la energía generada por el generador 8 de turbina eólica a medida que su velocidad de rotación se reduce a cero.
El DBS sólo puede funcionar durante un cierto período de tiempo continuo (el "tiempo de funcionamiento") para evitar que sus componentes se dañen. El tiempo de funcionamiento suele ser un período de tiempo fijo, por ejemplo, 9 segundos. Se apreciará fácilmente que la energía no necesariamente se disipa continuamente en la resistencia 22 de frenado de cada circuito 2 de frenado durante el tiempo de funcionamiento si el interruptor 24 se enciende y apaga según un ciclo de trabajo.
Una vez finalizado el funcionamiento del DBS, el generador 8 de turbina eólica normalmente permanece parado durante un cierto período de tiempo (el "tiempo de recuperación") para permitir que el DBS se recupere de modo que sea capaz de activarse nuevamente durante otro "peor caso" situación en donde debe disiparse al menos la totalidad de la potencia nominal de salida del generador. El tiempo de recuperación suele ser un período de tiempo fijo, por ejemplo, 20 minutos. Durante el tiempo de recuperación, el generador 8 de turbina eólica no es capaz de generar energía y por lo tanto no puede generar ningún ingreso para su operador.
Si una máquina eléctrica se usa normalmente para aplicaciones de motores, por ejemplo, es un motor de velocidad variable para impulsar equipos, a veces es necesario usar un DBS para disipar el exceso de energía en forma de calor cuando la máquina eléctrica funciona ocasionalmente como un generador o en un modo regenerativo, por ejemplo, durante el frenado regenerativo o con una carga de frenado. Estos motores de velocidad variable se pueden utilizar en una amplia variedad de campos técnicos diferentes, como petróleo y gas, locomoción, marina, etc. Los equipos impulsados por el rotor pueden incluir bombas, compresores, ventiladores, equipos de perforación, cabrestantes, conjuntos de propulsión marina, etc. El sistema 1" de potencia que incluye un motor 50 de velocidad variable y un DBS se muestra en la Figura 9. El DBS incluye un circuito 44 de frenado conectado a un circuito 46 de CC. Como se muestra en la Figura 2, cada circuito 44 de frenado incluye una resistencia 22 de frenado conectada en serie y un interruptor 24 (por ejemplo, un conmutador semiconductor totalmente controlable tal como un IGBT) que se controla para ser encendido y apagado mediante un circuito de accionamiento de puerta (no mostrado) bajo el control de una unidad 56 de control.
El circuito 46 de CC está conectado a los terminales de CC de un convertidor 48 de potencia de CC/CA, por ejemplo, un convertidor multinivel. Los terminales de CA del convertidor 48 de potencia de CC/CA están conectados a una máquina eléctrica, en este caso un motor 50 de velocidad variable. El rotor del motor 50 de velocidad variable está conectado a un equipo, por ejemplo, una bomba, compresor, ventilador, equipo de perforación, cabrestante, conjunto de propulsión marina, etc. El circuito 46 de CC también está conectado a un convertidor 52 de potencia CC/CA, por ejemplo, un convertidor multinivel, con terminales de CA que están conectados a una red 54 o red eléctrica de CA. Durante el funcionamiento normal la energía se suministra desde la red 54 o red eléctrica de CA al circuito 46 de CC a través del convertidor 52 de potencia CC/CA que funciona como un rectificador activo y desde el circuito de CC al motor 50 de velocidad variable a través del convertidor 48 de potencia de CC/CA funcionando como inversor. Los convertidores 48, 52 de potencia y el circuito 46 de CC definen juntos un variador de velocidad (o VSD). El flujo de potencia a través del VSD hacia el motor 50 de velocidad variable se varía mediante un controlador 58 que controla el funcionamiento de los convertidores de potencia individuales y, en particular, la conmutación de los diversos conmutadores semiconductores. Variar la potencia de entrada permite controlar la velocidad de rotación del motor 50.
Durante el funcionamiento inverso, la potencia generada por el motor 50 de velocidad variable (por ejemplo, mediante frenado regenerativo) se suministra al circuito 46 de CC a través del convertidor 48 de potencia de CC/CA que funciona como un rectificador activo. La energía generada puede suministrarse a la red 54 o red eléctrica de CA y/o disiparse como calor en la resistencia 22 de frenado del DBS. La energía generada sólo puede suministrarse a la red 54 o red eléctrica de CA si el circuito 46 de CC está conectado a ella mediante un convertidor de potencia que sea capaz hacer fluir potencia bidireccional, por ejemplo, el convertidor 52 de potencia de CA/CC que puede funcionar como un rectificador activo durante aplicaciones de motor y como inversor durante aplicaciones de generación. Si el convertidor de potencia del lado de la red solo es capaz fluir unidireccional, por ejemplo, es un puente de diodos, el exceso de energía se disipará en el DBS.
Una vez que ha finalizado el funcionamiento del DBS, es posible que sea necesario detener el motor 50 de velocidad variable o que sea necesario controlar su velocidad de rotación mientras funciona como motor para permitir que el DBS se recupere de modo que sea capaz de activarse nuevamente, por ejemplo, durante un período posterior de frenado generativo.
El documento WO 2014/194464 divulga un método para operar un sistema de turbina eólica que tiene un freno dinámico. El freno dinámico incluye una resistencia conectada en serie con un conmutador que, cuando se activa, permite que el freno dinámico absorba energía en el enlace de CC entre el convertidor del lado del rotor y el convertidor del lado de la línea.
Compendio de la invención
En una disposición, la presente invención tiene como objetivo mejorar los tiempos fijos de funcionamiento y recuperación para los generadores de turbinas eólicas mencionados anteriormente.
La invención proporciona un método para controlar un sistema de energía según la reivindicación 1. El sistema de energía comprende una máquina eléctrica (por ejemplo, un motor o generador), un convertidor de potencia que incluye terminales de CA conectados a la máquina eléctrica y terminales de CC, un circuito de CC conectado a los terminales de CC del convertidor de potencia, y un sistema de frenado dinámico (o DBS) que comprende un circuito de frenado conectado en serie al circuito de CC, el circuito de frenado que incluye una resistencia de frenado y un interruptor.
El DBS funcionará mientras la máquina eléctrica está funcionando en modo de generación (por ejemplo, cuando genera energía durante el funcionamiento normal si la máquina eléctrica es un generador de turbina eólica).
El método es especialmente apropiado si la máquina eléctrica es, por ejemplo, un generador de turbina.
La invención proporciona además un sistema de energía según la reivindicación 7.
La unidad de control del sistema de energía se puede adaptar además para llevar a cabo las etapas que se describen a continuación.
La máquina eléctrica puede tener cualquier construcción adecuada. En una disposición, la máquina eléctrica es un generador de turbina eólica cuyo rotor es impulsado para girar por un conjunto de rotor que incluye una o más palas de rotor, o más generalmente un generador de energía renovable cuyo rotor es impulsado para girar por energía renovable tal como energía de las mareas, las corrientes marinas o el viento, por ejemplo.
El convertidor de potencia puede tener cualquier construcción adecuada. En una disposición, el convertidor de potencia es un convertidor de potencia de CA/CC con una pluralidad de conmutadores semiconductores controlables.
El sistema de energía puede incluir además un segundo convertidor de potencia que incluye terminales de CC conectados al circuito de CC y terminales de CA conectables a una red eléctrica de CA. En una disposición, el segundo convertidor de potencia es un convertidor de potencia de CC/CA con una pluralidad de conmutadores semiconductores controlables. El segundo convertidor de potencia puede ser un convertidor de potencia de CC/CC que incluye primeros terminales de CC conectados al circuito de CC y segundos terminales de CC conectables a una red eléctrica de CC. El circuito de CC puede formar parte de una red eléctrica de CC. Los convertidores de potencia estrechamente acoplados y el circuito de CC (o enlace de CC) pueden definir un conjunto convertidor de potencia que conecta la máquina eléctrica a la red eléctrica. El sistema de energía puede incluir dos o más conjuntos convertidores de potencia dispuestos en paralelo. El circuito de CC de cada conjunto convertidor de potencia puede conectarse a un circuito de frenado, o conectarse a dos o más circuitos de frenado del DBS que funcionan de manera coordinada para disipar energía en el circuito de CC.
Si se conectan dos o más circuitos de frenado al mismo circuito de CC, los circuitos de frenado se pueden conectar en serie entre los rieles de CC del circuito de CC.
El interruptor y la resistencia de frenado de cada circuito de frenado están conectados en serie. El interruptor puede ser un conmutador semiconductor totalmente controlable, como un IGBT o similar. El circuito de frenado puede tener cualquier topología adecuada y puede incluir otros componentes además del interruptor y la resistencia de frenado, según corresponda. La resistencia de frenado puede tener cualquier construcción mecánica adecuada y normalmente está diseñada con características apropiadas (por ejemplo, valor óhmico) para cumplir con los requisitos del sistema de energía.
En una disposición, el DBS puede funcionar al mismo tiempo que se controla la máquina eléctrica o al mismo tiempo que se realiza la operación de parada de la máquina eléctrica. En términos generales, normalmente habrá al menos cierta superposición entre las dos operaciones. La parada de la máquina eléctrica puede seguir un perfil de corte de energía que en la práctica puede basarse en una combinación de energía disipada en el DBS y un control apropiado de la máquina eléctrica para reducir su velocidad de rotación. Por ejemplo, en el caso de un generador de turbina eólica, el control apropiado podría incluir control de paso de pala para ajustar el ángulo de paso de cada pala de rotor y/o la aplicación de un freno mecánico. El funcionamiento mejorado del DBS proporcionado por la presente invención puede reducir o retrasar la necesidad de controlar mecánicamente el generador de turbina eólica, reduciendo así significativamente la tensión mecánica en las palas del rotor, los sistemas de paso de palas, etc. En una disposición, la máquina eléctrica puede controlarse posterior al funcionamiento del DBS.
El DBS puede funcionar durante un período de tiempo determinado (el "tiempo de funcionamiento"). Durante el tiempo de funcionamiento, el interruptor puede encenderse continuamente o encenderse y apagarse mediante una unidad de control según un ciclo de trabajo.
El tiempo máximo de funcionamiento del DBS puede ser un período de tiempo fijo, como 9 segundos en el caso de un generador de turbina eólica, por ejemplo, o varios minutos en el caso de un motor de velocidad variable que proporciona frenado regenerativo.
Alternativamente, el tiempo máximo de funcionamiento del DBS puede ser un período de tiempo variable que se determina dinámicamente en función de una temperatura predominante del circuito de frenado. Por ejemplo, el tiempo máximo de funcionamiento se puede determinar basándose en la temperatura predominante de uno o ambos del interruptor y de la resistencia de frenado. El tiempo máximo de funcionamiento del DBS puede ser el tiempo que tarda el interruptor o la resistencia de frenado en alcanzar o superar un umbral de temperatura superior respectivo. El umbral de temperatura superior respectivo se puede seleccionar para que sea la temperatura nominal máxima del componente particular, por ejemplo, según lo determinado por la hoja de datos del fabricante. Pero el umbral de temperatura superior también se puede seleccionar para que sea inferior a la temperatura nominal máxima del componente particular, de modo que el funcionamiento del DBS finalice antes de que se alcance la temperatura nominal máxima. Esto proporciona un margen térmico.
La temperatura predominante en el interruptor se puede medir directamente mediante un sensor adecuado. Pero a menudo la temperatura predominante del interruptor se estimará con precisión utilizando un modelo térmico con uno o más parámetros de entrada. Los parámetros de entrada pueden incluir la pérdida de energía en el interruptor, una temperatura ambiente medida, una temperatura medida de cualquier alojamiento o carcasa del interruptor, etc. La salida del modelo térmico será una temperatura estimada del interruptor.
De la misma manera, la temperatura predominante en la resistencia de frenado se puede medir directamente con un sensor adecuado. Pero a menudo la temperatura predominante de la resistencia de frenado se estimará con precisión utilizando un modelo térmico con uno o más parámetros de entrada. Los parámetros de entrada pueden incluir la pérdida de potencia en la resistencia de frenado (opcionalmente calculada ignorando cualquier inductancia o efectos de recuperación inversa), una temperatura ambiente medida, etc. La salida del modelo térmico será una temperatura estimada de la resistencia de frenado.
Las mediciones o estimaciones de temperatura se proporcionan a la unidad de control.
También se pueden utilizar otras formas de derivar la temperatura predominante del interruptor y de la resistencia de frenado.
Una vez que ha comenzado el funcionamiento del DBS, la temperatura predominante del interruptor (es decir, medida, estimada usando un modelo térmico o derivada de otro modo) se puede comparar en "tiempo real" con un umbral de temperatura superior para el interruptor. De manera similar, la temperatura predominante de la resistencia de frenado (es decir, medida, estimada usando un modelo térmico o derivada de otro modo) se puede comparar en "tiempo real" con un umbral de temperatura superior para la resistencia de frenado. Si cualquiera de las temperaturas predominantes alcanza o supera el umbral de temperatura superior respectivo, la unidad de control puede finalizar el funcionamiento del DBS. Las comparaciones se pueden realizar mediante la unidad de control y los umbrales de temperatura superiores se pueden predeterminar o preseleccionar.
Si el DBS tiene dos o más circuitos de frenado, el funcionamiento del DBS puede finalizar cuando la temperatura predominante de uno de los circuitos de frenado alcanza o excede un umbral de temperatura superior.
Este método mejorado para determinar el tiempo máximo de funcionamiento permitirá a menudo que el DBS funcione de forma segura durante más tiempo que antes, es decir, cuando se utiliza un tiempo de funcionamiento fijo. Un tiempo máximo de funcionamiento más largo para el DBR puede reducir o retrasar la necesidad de controlar la máquina eléctrica real. En otras palabras, en el caso de un generador de turbina eólica, si el DBS todavía es capaz de disipar energía basándose en las comparaciones de temperatura en "tiempo real" descritas anteriormente, el perfil de corte de energía puede priorizar el uso del DBS y retrasar el control de paso de pala u otra operación de parada, por ejemplo. También puede suponer un importante ahorro de costes porque, como medida de precaución, no es necesario sobrevalorar los componentes del DBS, ya que el tiempo de funcionamiento se determina dinámicamente y con respecto a mediciones de temperatura específicas, parámetros de entrada específicos para los modelos térmicos, etc.
La etapa de control incluye reiniciar la máquina eléctrica parada y, después del reinicio, variar la potencia de salida máxima de la máquina eléctrica en función de la temperatura predominante del circuito de frenado. En la práctica, el método normalmente sólo tendrá en cuenta la temperatura predominante de la resistencia de frenado porque se ha descubierto que se enfría a un ritmo mucho más lento que el interruptor y, por lo tanto, representa el factor limitante en la recuperación térmica del circuito de frenado. Pero también es posible, adicional o alternativamente, variar una potencia de salida máxima o variar uno o más de los parámetros de funcionamiento de la máquina eléctrica en función de la temperatura predominante del interruptor.
En el caso de un generador de turbina, la potencia máxima de salida se puede variar utilizando, por ejemplo, una referencia de potencia. Se apreciará fácilmente que en la práctica la potencia real que produce la máquina eléctrica puede ser menor que la potencia de salida máxima dependiendo de las condiciones de funcionamiento particulares, por ejemplo, la velocidad del viento en el caso de un generador de turbina eólica. Pero la referencia de potencia define una potencia de salida máxima que no se puede superar y la máquina eléctrica se controla en consecuencia.
Es posible que solo sea necesario detener la máquina eléctrica durante un breve período de tiempo, por ejemplo, para permitir la eliminación de fallos en la red eléctrica. Es probable que esto sea mucho más corto que un tiempo de recuperación fijo convencional o incluso que el tiempo de recuperación mínimo determinado dinámicamente según el primer método. Por lo general, se necesitan entre 2 y 3 minutos para reiniciar un generador de turbina eólica después de que se haya solucionado un fallo. En lugar de esperar hasta que la resistencia de frenado se haya enfriado lo suficiente como para poder soportar el aumento de temperatura causado por el funcionamiento posterior del DBS con la máquina eléctrica funcionando a su potencia de salida nominal, es decir, la situación del "peor caso" descrita anteriormente, la máquina se puede reiniciar mucho antes, pero con una potencia de salida menor que se puede aumentar a medida que la resistencia de frenado continúa enfriándose. En cualquier momento después de que se haya reiniciado la máquina eléctrica, el DBS puede funcionar de manera segura porque la resistencia de frenado es capaz de soportar el aumento máximo de temperatura que surgiría al disipar la potencia de salida real de la máquina eléctrica según lo determinado por la referencia de potencia. Si el DBS tiene dos o más circuitos de frenado, cada circuito de frenado se adaptará para disipar una proporción de la potencia de salida real y la potencia de salida máxima de la máquina eléctrica se puede seleccionar en consecuencia.
La temperatura predominante de la resistencia de frenado se puede medir, estimar usando un modelo térmico o derivar de otro modo como se describe con más detalle anteriormente.
La potencia de salida máxima de la máquina eléctrica se puede determinar utilizando un perfil de potencia inicial que relaciona la potencia de salida con la temperatura o la diferencia de temperatura. Se puede determinar una diferencia de temperatura restando la temperatura predominante de la resistencia de frenado (por ejemplo, medida, estimada o derivada de otro modo) de un umbral de temperatura superior de la resistencia de frenado. Esta diferencia de temperatura se puede utilizar después para seleccionar una referencia de potencia adecuada para la máquina eléctrica. El umbral de temperatura superior puede ser, por ejemplo, la temperatura nominal de la resistencia de frenado. El umbral de temperatura superior para determinar la diferencia de temperatura puede ser el mismo que el umbral de temperatura superior para determinar el tiempo máximo de funcionamiento del circuito de frenado en la etapa de funcionamiento. Alternativamente, se pueden usar diferentes umbrales de temperatura superiores, por ejemplo, si uno o ambos umbrales de temperatura superiores para la resistencia de frenado se seleccionan para que estén por debajo de la temperatura nominal para proporcionar un margen térmico.
Si el DBS tiene dos o más circuitos de frenado, cada uno con una temperatura o diferencia de temperatura respectiva, el perfil de arranque de potencia puede usar una de las temperaturas o diferencias de temperatura para seleccionar la referencia de potencia.
Se puede seleccionar una potencia de salida máxima inicial al reiniciar la máquina eléctrica. A continuación, la potencia de salida máxima se puede aumentar según el perfil de potencia de arranque a medida que la resistencia de frenado se enfría y la diferencia de temperatura aumenta hasta que la potencia de salida máxima sea igual a la potencia de salida nominal de la máquina eléctrica.
El ciclo de trabajo de la resistencia de frenado y su efecto sobre la disipación de potencia se pueden tener en cuenta al determinar la potencia de salida máxima de la máquina eléctrica. El ciclo de trabajo puede ser fijo o variable.
Dibujos
La Figura 1 muestra un sistema de energía con un generador de turbina eólica y un DBS que tiene un circuito de frenado;
La Figura 2 muestra un circuito de frenado;
La Figura 3 muestra un sistema de energía alternativo con un generador de turbina eólica, múltiples "canales" y un DBS que tiene dos circuitos de frenado por "canal";
La Figura 4 muestra las etapas de un método según la presente invención para controlar un generador de turbina eólica;
La Figura 5 muestra un ejemplo de cómo se puede determinar el tiempo máximo de funcionamiento del DBS;
La Figura 6 muestra perfiles de enfriamiento de una resistencia de frenado;
La Figura 7 muestra un ejemplo de cómo se puede determinar una referencia de potencia para un generador de turbina eólica; y
La Figura 8 muestra la potencia de salida de un generador de turbina eólica;
La Figura 9 muestra un sistema de potencia con un motor de velocidad variable y un DBS que tiene un circuito de frenado que no forma parte de la presente invención;
La Figura 10 muestra un ejemplo de cómo se puede determinar una referencia de velocidad para un motor de velocidad variable; y
La Figura 11 muestra las etapas de un método para controlar un motor de velocidad variable que no forma parte de la presente invención.
La presente invención proporciona un método para controlar los sistemas 1 y 1' de energía mostrados en las Figuras 1 a 3.
A menos que se indique lo contrario, la siguiente descripción supone que el DBS tiene un único circuito de frenado. Pero se proporcionan comentarios para explicar cómo se puede adaptar el método para un DBS con dos o más circuitos de frenado.
Con referencia a la Figura 4, en caso de un fallo que impida que la energía generada por el generador 8 de turbina eólica sea suministrada a la red eléctrica o red 12, por ejemplo, durante una caída de voltaje bajo, el método incluye las siguientes etapas:
Etapa 1: Operar el sistema de frenado dinámico (o DBS), por ejemplo, encendiendo y apagando el interruptor 24 según un ciclo de trabajo, de modo que el exceso de energía en el circuito 4 de CC que no se puede suministrar a la red eléctrica o red 12 debido al fallo se disipa en forma de calor en la resistencia 22 de frenado.
Etapa 2: Detener el funcionamiento del generador 8 de turbina eólica, por ejemplo, usando control de paso de pala y/o aplicando frenado mecánico del conjunto 10 de pala, para detener completamente el generador de turbina eólica hasta que se elimine el fallo. (Se entenderá fácilmente que las operaciones en las etapas 1 y 2 normalmente se superpondrán y que la parada del generador 8 de turbina eólica puede seguir un perfil de corte de energía que en la práctica puede basarse en una combinación de energía disipada en el DBS y control apropiado para reducir la velocidad de rotación del generador de turbina eólica. En esta medida, las operaciones en las etapas 1 y 2 pueden verse como parte de una etapa única y coordinado para controlar la disipación del exceso de energía durante una condición de fallo).
Etapa 3: Controlar el reinicio del generador 8 de turbina eólica en función de una temperatura predominante del circuito 2 de frenado.
Tiempo máximo de funcionamiento
En la Etapa 1, el DBS funciona durante un período de tiempo (el "tiempo de funcionamiento").
Si el DBS funciona durante demasiado tiempo, puede provocar fallos en los componentes o, en algunos casos, la destrucción del DBS o del sistema de energía en su conjunto. En un método convencional, el tiempo máximo de funcionamiento es un período de tiempo fijo que se selecciona para evitar que los componentes del DBS alcancen sus límites térmicos. El período de tiempo fijo podría ser, por ejemplo, 9 segundos. En el método de la presente invención, el tiempo de funcionamiento máximo se puede determinar dinámicamente basándose en una temperatura predominante del circuito 2 de frenado, y en particular la temperatura predominante de una o ambas de la resistencia 22 de frenado y el interruptor 24. Con referencia a la Figura 5, las temperaturas predominantes se pueden estimar con precisión usando los modelos 30, 32 térmicos. El modelo 30 térmico para el interruptor 24 utiliza entradas 34 apropiadas, por ejemplo, pérdida de energía en el interruptor, la temperatura ambiente en la caja exterior del interruptor, impedancia térmica, etc., para estimar con precisión la temperaturaTc(t)de unión del interruptor que después se compara en "tiempo real" con un umbralTc_superiorde temperatura superior para el interruptor. De manera similar, el modelo 32 térmico para la resistencia 22 de frenado utiliza entradas 36 apropiadas, por ejemplo, pérdida de potencia en la resistencia de frenado, la temperatura ambiente en la resistencia, etc., para estimar con precisión la temperaturaT(t)predominante de la resistencia de frenado que después se compara en "tiempo real" con un umbralTrsuperiorde temperatura superior predominante de la resistencia de frenado para la resistencia de frenado. Se pueden proporcionar sensores (no mostrados) para medir las distintas temperaturas como parte del sistema de energía. Dichos sensores pueden proporcionar las temperaturas ambientes para su uso en los modelos 30, 32 térmicos.
El umbral de temperatura superior puede ser la temperatura nominal para el componente respectivo, es decir, tomada de la ficha técnica del fabricante, o puede seleccionarse para que esté por debajo de la temperatura nominal para proporcionar un margen térmico particular para el componente respectivo. Por ejemplo, si la temperatura nominal de la resistencia de frenado es 1200°C, el umbralTr_superiorde temperatura superior se puede seleccionar para que sea de aproximadamente 1200 °C o se puede seleccionar para que sea inferior a 1200 °C (por ejemplo, aproximadamente 1100 °C) de modo que el funcionamiento del DBS finalice antes de que se alcance o supere la temperatura nominal de la resistencia 22 de frenado.
Cuando la temperatura T<c>(t), T(t) predominante de uno del interruptor 24 y la resistencia 22 de frenado alcanza o excede el umbral de temperatura superior respectivo, el funcionamiento del DBS en la Etapa 1 finaliza. El funcionamiento del DBS se puede finalizar controlando la unidad 26 de control para apagar el interruptor 24 o evitar un encendido adicional si el interruptor se está controlando, usando un ciclo de trabajo.
El tiempotopmáximo de funcionamiento para el DBS se puede determinar mediante:
t 0pmin(J^c_op* tr_ o p)
dónde:
tc_opaes el tiempo que tarda la temperaturaTc(t)predominante del interruptor 24 para alcanzar el umbralTc_superiordetemperatura superior, y
tr opes el tiempo que tarda la temperaturaTr(t)predominante de la resistencia 22 de frenado para alcanzar el umbralTr_ superiorde temperatura superior.
Si el DBS incluye dos o más circuitos de frenado, cada circuito de frenado disipará una proporción de la potencia de salida del generador 8 de turbina eólica. El funcionamiento del DBS finaliza cuando la temperatura T<c>(t), T<r>(t) predominante de uno de los interruptores 24 y la resistencia 22 de frenado en cualquiera de los circuitos de frenado alcanza o excede el umbral de temperatura superior respectivo. En la práctica, esto significa que algunos de los circuitos de frenado podrían estar dentro de límites térmicos aceptables cuando finaliza el funcionamiento del DBS y, por tanto, el funcionamiento de todos los circuitos de frenado.
Las simulaciones indican que, en el caso de generador de turbina es implementados en la práctica, el tiempo de funcionamiento máximo determinado dinámicamente en función de la temperatura predominante del circuito de frenado puede ser significativamente mayor que el tiempo de funcionamiento fijo que se utiliza actualmente. Por ejemplo, puede ser posible disipar 3 MW en un circuito 2 de frenado usando un perfil de corte de energía adecuado donde el DBS funciona durante aproximadamente 15 segundos sin que el interruptor 24 o la resistencia 22 de frenado del circuito de frenado alcancen o excedan un umbral de temperatura superior respectivo.
Si la temperatura predominante ni del interruptor 24 ni de la resistencia 22 de frenado de cada circuito de frenado ha alcanzado o superado el umbral de temperatura superior respectivo, el funcionamiento del DBS en la Etapa 1 puede finalizar cuando la potencia de salida del generador 8 de turbina eólica cae. a cero o sustancialmente cero y toda la energía se ha disipado efectivamente.
Tiempo mínimo de recuperación
Una vez que el funcionamiento del DBS en la Etapa 1 ha finalizado, normalmente se debe permitir que el DBS se recupere durante un período de tiempo para que pueda volver a funcionar si es necesario. En un método convencional, el "tiempo de recuperación" mínimo es un período de tiempo fijo que se selecciona para permitir que los componentes del circuito de frenado, y en particular la resistencia 22 de frenado, se enfríen suficientemente. El periodo de tiempo fijo podría ser, por ejemplo, 20 minutos. Durante este período de tiempo fijo, el generador 8 de turbina eólica debe permanecer parado y no puede usarse para generar energía.
En un primer método que no forma parte de la presente invención, el generador 8 de turbina eólica se reinicia en la Etapa 3 a su potencia de salida nominal, es decir, al reiniciar el generador 8 de turbina eólica se acelera hasta su potencia de salida nominal según una secuencia inicial. Esto significa que el DBS debe ser capaz de disipar al menos la potencia de salida nominal del generador 8 de turbina eólica y el generador de turbina eólica no puede reiniciarse hasta que la resistencia 22 de frenado se haya enfriado lo suficiente para proporcionar esa capacidad. Se entenderá fácilmente que, si el DBS incluye dos o más circuitos de frenado, cada circuito de frenado debe ser capaz de disipar su proporción de la potencia de salida nominal del generador 8 de turbina eólica.
En lugar de utilizar un tiempo de recuperación fijo, por ejemplo, 20 minutos, el primer método supone que el generador 8 de turbina eólica se puede reiniciar de forma segura cuando una temperaturaTr(t)predominante de la resistencia 22 de frenado alcanza o cae por debajo de un umbralTrjnfenorde temperatura inferior. El umbralTrjnfenorde temperatura inferior se selecciona de modo que el DBS sea capaz de disipar de forma segura una potencia de salida predeterminada del generador 8 de turbina eólica en un ciclo de trabajo particular. La potencia de salida predeterminada es preferiblemente al menos la potencia de salida nominal del generador 8 de turbina eólica y puede ser mayor que la potencia de salida nominal para la situación del "peor caso" descrita anteriormente.
El tiempotrecmínimo de recuperación para el DBS se puede determinar mediante:
trec ~ tr_rec
dóndetr_reces el tiempo que tarda la temperatura predominanteTr(t)de la resistencia 22 de frenado para alcanzar el umbralTrjnfenorde temperatura inferior. La temperaturatr(t)predominante de la resistencia 22 de frenado se puede estimar con precisión usando un modelo térmico como se describe anteriormente.
La Figura 6 muestra perfiles de enfriamiento simulados de una resistencia 22 de frenado para dos temperaturas.Tmax<1>yTmax<2>máximas diferentes alcanzadas durante el funcionamiento del DBS en la Etapa 1. El perfil de enfriamiento normalmente dependerá de las características térmicas de la resistencia de frenado (que se pueden modelar o simular usando un modelo apropiado) y la temperatura ambiente de la resistencia de frenado. Se puede observar que para el primer perfil de enfriamiento con temperaturaTmax<1>máxima, la temperaturaT r1 (t )predominante de la resistencia 22 de frenado alcanzará el umbralTrjnfenorde temperatura inferior en el momentotr_ rec<1>y para el segundo perfil de enfriamiento con temperaturaTmax<2>máxima la temperaturaTr¿(t)predominante de la resistencia de frenado alcanzará el umbralTrjnfenorde temperatura inferior en el momentotr_rec<2 ,>dóndeTmax<2>>Tmax<1>ytr_rec<2>>tr_rec<1.>
Las simulaciones indican que, para generadores de turbina eólica implementados en la práctica, el tiempo de recuperación mínimo determinado dinámicamente basándose en una temperatura predominante del circuito de frenado, y en particular de la resistencia 22 de frenado, puede ser significativamente más corto que el tiempo de recuperación fijo que se utiliza actualmente. En algunos casos, es posible que el DBS no requiera ningún tiempo de recuperación, de modo que el generador 8 de turbina eólica pueda reiniciarse tan pronto como se haya solucionado el fallo en la red eléctrica y se hayan llevado a cabo otras comprobaciones de seguridad. En otros casos, el tiempo mínimo de recuperación del DBS determinado dinámicamente en función de la temperatura predominante del circuito de frenado puede ser mayor que el tiempo de recuperación fijo. Pero esto evita una situación potencialmente peligrosa en donde el generador de la turbina eólica se reinicia demasiado pronto y en donde el DBS no sería capaz de proporcionar un frenado dinámico.
Si el DBS tiene dos o más circuitos de frenado, el generador 8 de turbina eólica normalmente sólo se reiniciará cuando todas las resistencias de frenado hayan alcanzado o hayan caído por debajo de sus respectivos umbrales de temperatura inferiores.
En un segundo método según la presente invención, el generador 8 de turbina eólica se reinicia en la Etapa 3 tan pronto como se haya solucionado el fallo en la red eléctrica y se hayan llevado a cabo otras comprobaciones de seguridad. Pero en lugar de reiniciar el generador 8 de turbina eólica a su potencia de salida nominal, es decir, donde se acelera hasta su potencia de salida nominal según una secuencia de arranque, el generador de turbina eólica se reinicia a una potencia de salida máxima inicial más baja que es se determina con referencia a la temperatura predominante de la resistencia de frenado. La potencia de salida máxima del generador 8 de turbina eólica se varía entonces en "tiempo real" basándose en la temperatura predominante de la resistencia de frenado de modo que la potencia de salida máxima del generador 8 de turbina eólica aumenta a medida que la resistencia 22 de frenado se enfría. Esto significa que el generador 8 de turbina eólica sólo necesita pararse durante un corto período de tiempo -y en particular, un período de tiempo tal como 2-3 minutos que es ciertamente mucho más corto que el tiempo de recuperación fijo convencional y a menudo es más corto que el tiempo mínimo de recuperación utilizado en el primer método donde el generador 8 de turbina eólica se reinicia a su potencia de salida nominal. En cualquier momento después de que se haya reiniciado el generador 8 de turbina eólica, el DBS puede funcionar de manera segura en un ciclo de trabajo particular porque la resistencia 22 de frenado es capaz de soportar el aumento máximo de temperatura que resultaría de disipar la potencia de salida máxima del generador de turbina eólica, que se determina en función de la temperatura predominante de la resistencia de frenado. En la práctica, la potencia de salida real del generador 8 de turbina eólica puede ser menor que la potencia de salida máxima y dependerá de las condiciones de funcionamiento, por ejemplo, la velocidad del viento.
Con referencia a la Figura 7, una diferencia At(t) de temperatura se determina restando la temperatura T<r>(t) predominante de la resistencia 22 de frenado desde un umbralTr_supenorde temperatura superior para la resistencia de frenado. El umbral de temperatura superior puede ser la temperatura nominal para el componente respectivo, es decir, tomada de la ficha técnica del fabricante, o puede seleccionarse para que esté por debajo de la temperatura nominal para proporcionar un margen térmico particular. El umbral de temperatura superior puede ser el mismo que el umbral de temperatura superior para determinar el tiempo máximo de funcionamiento del DBS en la Etapa 1. Alternativamente, se pueden usar diferentes umbrales de temperatura superior.
Un perfil 38 de arranque de potencia utiliza la diferencia At(t) de temperatura para seleccionar una referenciaPrefde potencia que se utiliza para controlar la potencia máxima que el generador 8 de turbina eólica puede producir después de haber sido reiniciado. La referenciaPrefde potencia se puede suministrar al generador 8 de turbina eólica o a su controlador/regulador (no mostrado). Como la temperaturaTr(t)predominante de la resistencia 22 de frenado disminuye, la diferencia At(t) de temperatura aumentará y la referenciaPrefde potencia aumentará según el perfil 38 de arranque de potencia hasta que el generador 8 de turbina eólica sea capaz de producir la potencia de salida nominal.
Si el DBS tiene dos o más circuitos de frenado, cada uno con una diferencia At(t) de temperatura respectiva, el perfil 38 de arranque de potencia puede usar una de las diferencias de temperatura para seleccionar la referencia de potencia, por ejemplo, la diferencia de temperatura que indica la capacidad más baja para que un circuito de frenado resista el aumento de temperatura que resultaría del funcionamiento posterior. Cada circuito de frenado debe ser capaz de disipar su proporción de la potencia máxima de salida del generador 8 de turbina.
El primer y segundo método se muestran gráficamente en la Figura 8 para un generador 8 de turbina eólica con potenciaPnominai.de salida nominal. Se produce un fallo en la red eléctrica en el momentotoy el DBS funciona para disipar el exceso de potencia en el circuito de CC cuando el generador 8 de turbina eólica se detiene por completo en el momentot<1>y la potencia de salida es cero. El exceso de potencia que se va a disipar en la resistencia 22 de frenado es la potencia XPnominaide salida nominal. del generador 8 de turbina. Si el DBS tiene dos o más circuitos de frenado, el exceso de potencia que se va a disipar en cada resistencia de frenado sería una proporción de la potenciaPnominai.de salida nominal. Se supone que el funcionamiento del DBS también finaliza en el momentot<1>y que la resistencia 22 de frenado comienza entonces a enfriarse según un perfil de enfriamiento - véase la Figura 6.
En el primer método descrito anteriormente, que no forma parte de la presente invención, el generador 8 de turbina eólica permanece parado hasta que la temperaturaTr(t)predominante de la resistencia 22 de frenado alcanza el umbralTrjnfemrde temperatura inferior en el momento fe. La diferencia de tiempo entret<1>y fe es el tiempotr_recmínimo de recuperación para la resistencia 22 de frenado. En el momento fe el generador 8 de turbina eólica se reinicia y se acelera hasta su potenciaPnominai.de salida nominal según una secuencia inicial indicada por la línea 40 discontinua.
En el segundo método según la presente invención descrito anteriormente, el generador 8 de turbina eólica permanece detenido hasta el momento fe que es después de que se haya solucionado el fallo en la red eléctrica. En el momento fe (que puede ser 2-3 minutos después de fe, por ejemplo) el generador 8 de turbina eólica se reinicia y se acelera hasta una potenciaP<0>de salida inicial (como lo indica la línea 42 continua) que está determinada por la referenciaPrefde potencia y que representa la potencia máxima que el generador 8 de turbina eólica puede producir para la temperatura de la resistencia 22 de frenado en el momento fe. (La Figura 8 supone que el generador 8 de turbina eólica producirá la máxima potencia que puede, es decir, que las condiciones predominantes del viento permiten que funcione al límite establecido por la referencia.Pref.de potencia) A medida que disminuye la temperatura de la resistencia 22 de frenado, la referenciaPrefde potencia aumentará y el generador 8 de turbina eólica puede generar más energía a la red eléctrica. Finalmente, el generador 8 de turbina eólica podrá generar la potenciaPnominaide salida nominal cuando la resistencia 22 de frenado se ha enfriado lo suficiente como para que el DBS pueda funcionar con seguridad en el "peor de los casos". Se puede observar que, con el segundo método, el generador 8 de turbina eólica se puede reiniciar para generar energía mucho antes, pero a un nivel reducido.
Un método para controlar el sistema 1" de energía mostrado en la Figura 9 no forma parte de la presente invención.
Con referencia a la Figura 10, el método incluye las siguientes etapas:
Etapa 1: Cuando el motor 50 de velocidad variable está funcionando en un modo de generación, por ejemplo, durante el frenado regenerativo, funcionando el DBS, por ejemplo, encendiendo y apagando el interruptor 24 según un ciclo de trabajo, de modo que el exceso de energía en el circuito 46 de CC se disipa en forma de calor en la resistencia 22 de frenado.
Etapa 2: Operar el motor 50 de velocidad variable en un modo de motor y controlar uno o más de sus parámetros de funcionamiento, por ejemplo, par, velocidad de rotación, en base a una temperatura predominante del circuito 44 de frenado.
Tiempo máximo de funcionamiento
En la Etapa 1, el DBS funciona durante un período de tiempo (el "tiempo de funcionamiento"). En un método convencional, el tiempo máximo de funcionamiento es un período de tiempo fijo que se selecciona para evitar que los componentes del DBS alcancen sus límites térmicos. El tiempo máximo de funcionamiento se puede determinar dinámicamente basándose en una temperatura predominante del circuito 44 de frenado, y en particular la temperatura predominante de una o ambas de la resistencia 22 de frenado y el interruptor 24. Como se describió anteriormente, el tiempotopmáximo de funcionamiento para el DBS se puede determinar mediante:
t 0pm in(j^c_Opr O i) )
dónde:
tc_opes el tiempo que tarda la temperatura T<c>(t) predominante del interruptor 24 para alcanzar el umbralTc_superiordetemperatura superior, y
tr opes el tiempo que tarda la temperaturaTr(t)predominante de la resistencia 22 de frenado para alcanzar el umbralTr_ superiorde temperatura superior
Control de motor
Después de que el DBS haya funcionado, el motor 50 de velocidad variable puede controlarse para funcionar en modo motor. (El motor también se puede detener y reiniciar temporalmente antes de funcionar en modo motor, si es necesario). Mientras funciona en el modo de motor, la potencia de entrada suministrada a través del VSD al motor 50 de velocidad variable se puede variar usando una referencia de control tal como una referencia de velocidad, por ejemplo. La potencia de entrada se puede variar en "tiempo real" basándose en la temperatura predominante de la resistencia de frenado, por ejemplo, de modo que la velocidad de rotación del motor 50 aumente a medida que la resistencia 22 de frenado se enfríe. En cualquier momento, el DBS puede funcionar de forma segura en un ciclo de trabajo particular porque la resistencia 22 de frenado es capaz de soportar el aumento máximo de temperatura que resultaría de disipar la potencia generada por el motor durante un modo de generación posterior.
La temperatura predominante de la resistencia de frenado se puede medir, estimar usando un modelo térmico o derivar de otro modo como se describe con más detalle anteriormente. La velocidad de rotación máxima del motor 50 de velocidad variable se puede determinar usando un perfil de velocidad que relaciona la velocidad de rotación con la temperatura o la diferencia de temperatura.
Con referencia a la Figura 11, se determina una diferencia At(t) de temperatura restando la temperaturaTr(t)predominante de la resistencia 22 de frenado desde un umbralTr_supemrde temperatura superior para la resistencia de frenado. El umbral de temperatura superior puede ser la temperatura nominal para el componente respectivo, es decir, tomada de la ficha técnica del fabricante, o puede seleccionarse para que esté por debajo de la temperatura nominal para proporcionar un margen térmico particular. El umbral de temperatura superior puede ser el mismo que el umbral de temperatura superior para determinar el tiempo máximo de funcionamiento del DBS en la Etapa 1. Alternativamente, se pueden usar diferentes umbrales de temperatura superior.
Un perfil 60 de velocidad utiliza la diferencia At(t) de temperatura para seleccionar una referenciaNretde velocidad que se utiliza para controlar la potencia de entrada suministrada al motor 50 de velocidad variable a través del VSD y por lo tanto controla la velocidad de rotación del motor. A medida que la temperaturaTr(t)predominante de la resistencia 22 de frenado disminuye, la diferencia At(t) de temperatura aumentará y la referenciaNretde velocidad aumentará según el perfil 60 de velocidad hasta que el motor pueda funcionar a la velocidad nominal o la velocidad seleccionada por el VSD dependiendo de los requisitos de funcionamiento del sistema de energía.
La referenciaNretde velocidad se proporciona al controlador 58 para el VSD donde se puede usar como parte de una estrategia de control para variar la potencia de entrada al motor 50 controlando los conmutadores semiconductores de los convertidores 48, 52 de potencia. Tales estrategias de control son bien conocidas por el experto en la técnica y podría, por ejemplo, usar modulación de ancho de pulso (PWM) o cualquier otro control apropiado. Se pueden usar otras referencias/perfiles de control para lograr el control deseado del motor 50 de velocidad variable durante el modo de motor posterior en función de la temperatura. T<r>(t) predominante de la resistencia 22 de frenado.
Si el DBS tiene dos o más circuitos de frenado, cada uno con una diferencia At(t) de temperatura respectiva, el perfil 60 de velocidad puede usar una de las diferencias de temperatura para seleccionar la referencia de velocidad, por ejemplo, la diferencia de temperatura que indica la capacidad más baja para que un circuito de frenado resista el aumento de temperatura que resultaría del funcionamiento posterior. Cada circuito de frenado debe ser capaz de disipar su proporción de la potencia generada por el motor 50 de velocidad variable si funciona en modo de generación, por ejemplo, durante el frenado regenerativo.
Claims (8)
1. Un método para controlar un sistema (1; 1’) de energía que comprende una máquina (8) eléctrica, un convertidor (6; 16) de potencia que incluye terminales de CA de corriente alterna conectados a la máquina (8) eléctrica y terminales de CC de corriente continua, un circuito (4; 18) de CC conectado a los terminales CC del convertidor (6; 16) de potencia, y un sistema de frenado dinámico que comprende un circuito (2) de frenado conectado en serie al circuito (4; 18) de CC, el circuito (2) de frenado que incluye una resistencia (22) de frenado y un interruptor (24);
el método que comprende las etapas de:
operar el sistema de frenado dinámico; y
caracterizado por que controla el funcionamiento de la máquina (8) eléctrica en función de la temperatura predominante del circuito (2) de frenado llevando a cabo las etapas de:
detener el funcionamiento de la máquina (8) eléctrica;
reiniciar la máquina (8) eléctrica después de un período de tiempo; y
después de reiniciar la máquina (8) eléctrica, variar la potencia máxima de salida de la máquina (8) eléctrica en función de la temperatura predominante del circuito (2) de frenado.
2. Un método según la reivindicación 1, en donde la etapa de funcionamiento incluye operar el sistema de frenado dinámico hasta que la temperatura predominante del circuito (2; 44) de frenado alcanza o excede un umbral de temperatura superior.
3. Un método según la reivindicación 2, en donde el umbral de temperatura superior es la temperatura nominal de la resistencia (22) de frenado o del interruptor (24).
4. Un método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la potencia de salida máxima de la máquina (8) eléctrica varía en función de la temperatura predominante de la resistencia (22) de frenado.
5. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde la potencia máxima de salida de la máquina (8) eléctrica se varía en función de un perfil (38) de potencia inicial que relaciona la potencia máxima de salida de la máquina (8) eléctrica con una diferencia de temperatura entre un umbral de temperatura superior de la resistencia (22) de frenado y la temperatura predominante de la resistencia (22) de frenado.
6. Un método según la reivindicación 5, en donde el umbral de temperatura superior de la resistencia (22) de frenado es la temperatura nominal de la resistencia de frenado.
7. Un sistema (1; 1’) de energía que comprende:
una máquina (8) eléctrica;
un convertidor (6; 16) de potencia que incluye terminales de CA conectados a la máquina (8) eléctrica y terminales de CC;
un circuito (4; 18) de CC conectado a los terminales de CC del convertidor (6; 16) de potencia;
un sistema de frenado dinámico que comprende un circuito (2) de frenado conectado en serie al circuito (4; 18) de CC, el circuito (2) de frenado que incluye una resistencia (22) de frenado y un interruptor (24); y
una unidad de control adaptada para operar el sistema de frenado dinámico;
caracterizado por que la unidad de control está adaptada además para controlar el funcionamiento de la máquina (8) eléctrica en función de la temperatura predominante del circuito (2) de frenado mediante:
detener el funcionamiento de la máquina (8) eléctrica;
reiniciar la máquina (8) eléctrica después de un período de tiempo; y
después de reiniciar la máquina (8) eléctrica, variar la potencia máxima de salida de la máquina (8) eléctrica en función de la temperatura predominante del circuito (2) de frenado.
8. Un sistema de energía según la reivindicación 7, en donde la máquina eléctrica es un generador (8) de turbina eólica cuyo rotor es impulsado para girar por un conjunto (10) de rotor que incluye una o más palas de rotor.
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