ES2957474T3

ES2957474T3 - Sistema y procedimiento para controlar armónicos en un sistema de potencia de energía renovable

Info

Publication number: ES2957474T3
Application number: ES20177190T
Authority: ES
Inventors: Kapil Jha; Yashomani Yashodhan Kolhatkar; Arvind Kumar Tiwari; Harold R Schnetzka
Original assignee: General Electric Renovables Espana SL
Current assignee: General Electric Renovables Espana SL
Priority date: 2019-05-30
Filing date: 2020-05-28
Publication date: 2024-01-19
Anticipated expiration: 2040-05-28
Also published as: EP3745551A1; EP3745551B1; US11736056B2; DK3745551T3; US20200382046A1

Abstract

Un método para operar un sistema de energía conectado a una red eléctrica incluye proporcionar un filtro activo en la ruta de energía del convertidor. Además, el método incluye determinar un cambio en la atenuación de los armónicos del sistema eléctrico sobre un espectro de frecuencia predeterminado que se necesita para cumplir con uno o más requisitos del código de red de la red eléctrica. Por lo tanto, el método incluye controlar activamente, a través de un controlador, el filtro activo para proporcionar el cambio en la atenuación de los armónicos del sistema de energía para mitigar los armónicos del sistema de energía. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema y procedimiento para controlar armónicos en un sistema de potencia de energía renovable

Campo

[0001]La presente divulgación se refiere en general a parques de energía renovable, tales como parque eólico, y más particular a un sistema y procedimiento para controlar armónicos en un sistema de potencia de energía renovable.

Antecedentes

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

[0003]Durante la operación, el viento impacta en las palas de rotor de la turbina eólica y las palas transforman la energía del viento en un par de torsión rotacional mecánico que acciona de forma rotatoria un eje lento. El eje lento se configura para accionar la multiplicadora que posteriormente aumenta la baja velocidad rotacional del eje lento para accionar un eje rápido a una velocidad rotacional incrementada. El eje rápido en general se acopla de forma rotatoria a un generador para accionar de forma rotatoria un rotor de generador. Como tal, se puede inducir un campo magnético rotatorio por el rotor de generador y se puede inducir un voltaje dentro de un estátor de generador que se acopla magnéticamente al rotor de generador. En determinadas configuraciones, la potencia eléctrica asociada se puede transmitir a un transformador de turbina que se conecta típicamente a una red de potencia por medio de un interruptor de red. Por tanto, el transformador de turbina aumenta la amplitud de voltaje de la potencia eléctrica de modo que la potencia eléctrica transformada se puede transmitir además a la red de potencia.

[0004]En muchas turbinas eólicas, el rotor de generador se puede acoplar eléctricamente a un convertidor de potencia bidireccional que incluye un convertidor de lado de rotor unido a un convertidor de lado de línea por medio de un enlace de CC regulado. Más específicamente, algunas turbinas eólicas, tales como sistemas de generadores de inducción doblemente alimentado (DFIG) accionados por viento o sistemas de conversión de potencia total, pueden incluir un convertidor de potencia con una topología CA-CC-CA. En dicho sistema, el estátor de generador se conecta por separado a la red de potencia por medio de un transformador principal. Por ejemplo,

[0005]el documento EP 3484007 A1 describe sistemas y procedimientos para operar un sistema de potencia que tiene un generador de inducción doblemente alimentado. El sistema de potencia puede incluir un convertidor de potencia que incluye un convertidor de lado de línea, un enlace de CC y un convertidor de lado de rotor. El convertidor de lado de rotor se configura para convertir una potencia de CC en el enlace de CC en una señal de CA para un bus de rotor. El sistema puede incluir un sistema de control que tiene uno o más dispositivos de control que se configuran para operar el convertidor de lado de rotor en un régimen de sobremodulación para proporcionar la señal de CA para el bus de rotor.

[0006]En determinados casos, sin embargo, dichos sistemas pueden generar armónicos de turbina que necesitan controlarse y/o reducirse, ya que uno de los requisitos de diversos códigos de red es el cumplimiento de los armónicos de corriente y voltaje en la salida de la turbina eólica. Las fuentes primarias de armónicos en sistemas de turbina eólica basados en DFIG son los convertidores de lado de rotor y de lado de línea. Los armónicos en el convertidor de lado de rotor contribuyen principalmente a los armónicos de turbina por medio de la corriente de estátor. Las corrientes de estátor y de línea se combinan conjuntamente para generar armónicos de turbina (con o sin el transformador principal).

[0007]Por tanto, en un sistema DFIG, donde el estátor se aísla del convertidor de potencia, en general se proporciona un filtro pasivo entre el estátor y la red para permitir que el voltaje de estátor sea diferente del voltaje de convertidor. Aunque dichos filtros pueden reducir los armónicos suministrados del DFIG a la red de potencia, no proporcionan mucha flexibilidad con condiciones de operación variables.

[0008]Por tanto, la presente divulgación se refiere a sistemas y procedimientos para controlar armónicos en un sistema de potencia de energía renovable.

Breve descripción

[0009]Los aspectos y ventajas de la invención se expondrán en parte en la siguiente descripción, o pueden ser obvios a partir de la descripción, o se pueden aprender a través de la práctica de la invención, y el alcance de la protección se define en las reivindicaciones independientes, que tienen reivindicaciones dependientes que recitan modos de realización preferentes.

[0010]En un aspecto, la presente divulgación se refiere a un procedimiento para operar un sistema de potencia conectado a una red de potencia. El sistema de potencia define una ruta de potencia de generador y una ruta de potencia de convertidor. La ruta de potencia de generador tiene un generador, tal como un generador de inducción doblemente alimentado (DFIG), con un rotor y un estátor. La ruta de potencia de convertidor tiene un convertidor de potencia con un convertidor de lado de rotor y un convertidor de lado de línea. El procedimiento incluye proporcionar un filtro activo en la ruta de potencia de convertidor.

[0011]Además, el procedimiento incluye la determinación de un cambio en la atenuación de armónicos del sistema de potencia sobre un espectro de frecuencia predeterminado que se necesita para cumplir con uno o más requisitos de código de red de la red de potencia. Por tanto, el procedimiento incluye controlar activamente, por medio de un controlador, el filtro activo para proporcionar el cambio en la atenuación de los armónicos del sistema de potencia para mitigar los armónicos del sistema de potencia.

[0012]En un modo de realización, el procedimiento puede incluir recibir una o más condiciones operativas del sistema de potencia y determinar el cambio en la atenuación de los armónicos en el sistema de potencia sobre el espectro de frecuencia predeterminado en base a una o más condiciones operativas. En otro modo de realización, la(s) condición/condiciones operativa(s) puede(n) incluir voltaje, corriente, temperatura, salida de potencia y/o frecuencia.

[0013]En otros modos de realización, el procedimiento puede incluir proporcionar el filtro activo entre el convertidor de lado de línea y la red de potencia para mitigar los armónicos de una salida de turbina del sistema de potencia. En otro modo de realización, el procedimiento puede incluir proporcionar un filtro pasivo entre el filtro activo y el convertidor de lado de línea para mitigar los armónicos de la salida de turbina del sistema de potencia.

[0014]En determinados modos de realización, el filtro activo puede ser un filtro de potencia activo. Por tanto, en un modo de realización, controlar activamente el filtro activo para proporcionar el cambio en la atenuación de los armónicos del sistema de potencia puede incluir sintonizar el filtro de potencia activo a al menos una de una pluralidad de frecuencias de forma simultánea o consecutiva. Más específicamente, en determinados modos de realización, sintonizar el filtro de potencia activo a la pluralidad de frecuencias de forma simultánea o consecutiva puede incluir sintonizar el filtro de potencia activo para compensar los armónicos en la corriente de línea y la corriente de estátor simultáneamente.

[0015]En modos de realización adicionales, el procedimiento puede incluir generar potencia reactiva por medio del filtro activo y/o reducir la amortiguación de resonancia del sistema de potencia por medio del filtro activo.

[0016]En varios modos de realización, el sistema de potencia puede carecer de un filtro de distorsión de estátor entre el estátor y la red de potencia y un filtro de distorsión de lado de línea.

[0017]En otro aspecto, la presente divulgación se refiere a un sistema de potencia de generador de inducción doblemente alimentado (DFIG) conectado a una red de potencia. El sistema de potencia DFIG incluye una ruta de potencia de generador que tiene un DFIG con un rotor y un estátor y una ruta de potencia de convertidor que tiene un convertidor de potencia. El convertidor de potencia incluye un convertidor de lado de rotor y un convertidor de lado de línea. La ruta de potencia de convertidor incluye un filtro activo. El sistema de potencia DFIG también incluye un controlador para controlar los sistemas de potencia DFIG. El controlador se configura para realizar una pluralidad de operaciones, incluyendo pero sin limitarse a determinar un cambio en la atenuación de armónicos del sistema de potencia en un espectro de frecuencia predeterminado que se necesita para cumplir con uno o más requisitos de código de red de la red de potencia, y controlar activamente el filtro activo para proporcionar el cambio en la atenuación de los armónicos del sistema de potencia para mitigar los armónicos del sistema de potencia.

[0018]Aún en otro aspecto, la presente divulgación se refiere a una turbina eólica conectable a una red de potencia. La turbina eólica incluye una torre, una góndola montada encima de la torre, un rotor que tiene un buje rotatorio con una o más palas de rotor montadas en él y un sistema de potencia de generador de inducción doblemente alimentado (DFIG). El sistema de potencia DFIG incluye una ruta de potencia de generador que tiene un DFIG que tiene un rotor de generador y un estátor de generador y una ruta de potencia de convertidor que tiene un convertidor de potencia con un convertidor de lado de rotor y un convertidor de lado de línea. La ruta de potencia de convertidor incluye además un filtro de potencia activo. El sistema de potencia DFIG también incluye un controlador para controlar el sistema de potencia DFIG. El controlador se configura para realizar una pluralidad de operaciones, incluyendo pero sin limitarse a determinar un cambio en la atenuación de armónicos del sistema de potencia en un espectro de frecuencia predeterminado que se necesita para cumplir con uno o más requisitos de código de red de la red de potencia, y controlar activamente el filtro de potencia activo para proporcionar el cambio en la atenuación de los armónicos del sistema de potencia para mitigar los armónicos del sistema de potencia.

[0019]También se debe entender que el sistema de potencia y/o la turbina eólica pueden incluir además cualquiera de los rasgos característicos adicionales como se describe en el presente documento.

[0020]Estos y otros rasgos característicos, aspectos y ventajas de la presente invención se entenderán mejor con referencia a la siguiente descripción y reivindicaciones adjuntas. Los dibujos adjuntos, que se incorporan en y constituyen una parte de esta memoria descriptiva, ilustran modos de realización de la invención y, conjuntamente con la descripción, sirven para explicar los principios de la invención.

Breve descripción de los dibujos

[0021]Una divulgación completa y suficiente de la presente invención, incluyendo el mejor modo de la misma, dirigida a un experto en la técnica, se expone en la memoria descriptiva, que hace referencia a las figuras adjuntas, en las que:

la FIG. 1 ilustra un modo de realización de un sistema de potencia de energía renovable de ejemplo de acuerdo con la presente divulgación;

la FIG. 2 ilustra un diagrama de bloques de un modo de realización de un controlador adecuado para su uso con el sistema de potencia de energía renovable mostrado en la FIG. 1;

la FIG. 3 ilustra un diagrama de flujo de otro modo de realización de un procedimiento para operar un sistema de potencia DFIG conectado a una red de potencia de acuerdo con la presente divulgación; la FIG. 4 ilustra un diagrama esquemático simplificado de un modo de realización de un sistema de potencia DFIG que tiene un filtro de potencia activo de acuerdo con la presente divulgación;

la FIG. 5 ilustra un diagrama esquemático parcial de un modo de realización de una arquitectura de filtro de potencia puramente activo de acuerdo con la presente divulgación;

la FIG. 6 ilustra un diagrama esquemático parcial de un modo de realización de una arquitectura de filtro híbrida de acuerdo con la presente divulgación; y

la FIG. 7 ilustra un diagrama esquemático simplificado de otro modo de realización de un sistema de potencia DFIG que tiene un filtro de potencia activo de acuerdo con la presente divulgación.

Descripción detallada

[0022]Ahora se hará referencia en detalle a modos de realización de la invención, de los que uno o más ejemplos se ilustran en los dibujos. Cada ejemplo se proporciona a modo de explicación de la invención, no de limitación de la invención. De hecho, será evidente para los expertos en la técnica que se pueden hacer diversas modificaciones y variaciones en la presente invención sin alejarse del alcance o espíritu de la invención. Por ejemplo, se pueden usar rasgos característicos ilustrados o descritos como parte de un modo de realización con otro modo de realización para proporcionar todavía otro modo de realización. Por tanto, se pretende que la presente invención cubra dichas modificaciones y variaciones como entran dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.

[0023]Las fuentes primarias de armónicos en los sistemas de potencia basados en DFIG son típicamente el convertidor de lado de rotor y el convertidor de lado de línea. Los armónicos en el convertidor de lado de rotor contribuyen principalmente a los armónicos de turbina por medio de la corriente de estátor. Las corrientes de estátor y de línea se combinan conjuntamente para generar armónicos de turbina (con o sin un transformador). Uno de los requisitos de diversos códigos de red es el cumplimiento de armónicos de corriente y voltaje en la salida de la turbina eólica. Como tal, para sistemas convencionales, normalmente se usan filtros pasivos para lograr el cumplimiento de red. Como los filtros pasivos se modulan normalmente para una sola frecuencia o para unas pocas frecuencias discretas, los filtros pasivos convencionales son intrínsecamente inflexibles.

[0024]Como tal, la presente divulgación se refiere a sistemas y procedimientos que incluyen filtros de armónicos activos que se pueden programar para cambiar la atenuación de los armónicos sobre el espectro de frecuencias, para cumplir con los códigos de red. Este requisito de cambio en la atenuación puede surgir debido a diferentes requisitos de red y/o condiciones operativas. Como tales, los filtros de armónicos activos de la presente divulgación se pueden sintonizar para filtrar frecuencias diferentes y múltiples al mismo tiempo.

[0025]Una ventaja de tener filtros de armónicos activos de la presente divulgación en el terminal de convertidor de lado de línea es que el punto de acoplamiento de voltaje y frecuencia se decide por la red y es más o menos fijo. Además, los filtros de armónicos activos de la presente divulgación y el convertidor de lado de línea pueden compensar los armónicos presentes en la salida de turbina directamente y, por lo tanto, pueden compensar los armónicos presentes en la corriente de línea y la corriente de estátor simultáneamente.

[0026]En referencia ahora a los dibujos, la FIG. 1 ilustra un sistema de generador de inducción doblemente alimentado (DFIG) accionado por viento de ejemplo 100 de acuerdo con un modo de realización de la presente divulgación. Los aspectos de ejemplo de la presente divulgación se analizan con referencia a la turbina eólica DFIG 10 de la FIG. 1 para propósitos de ilustración y análisis. Los expertos en la técnica, usando las divulgaciones proporcionadas en el presente documento, deben entender que los aspectos de ejemplo de la presente divulgación también son aplicables en otros sistemas de potencia, tales como una turbina eólica, solar, de gas u otro sistema de generación de potencia adecuado.

[0027]En el sistema de ejemplo 100, un rotor 106 incluye una pluralidad de palas de rotor 108 acopladas a un buje rotatorio 110, y conjuntamente definen una hélice. La hélice se acopla a una multiplicadora opcional 118 que, a su vez, se acopla a un generador 120 que tiene un rotor 122 y un estátor 124. De acuerdo con aspectos de la presente divulgación, el generador 120 puede ser cualquier generador adecuado, incluyendo, por ejemplo, un generador de inducción doblemente alimentado (DFIG). El generador 120 típicamente se acopla a un bus de estátor 154 y un convertidor de potencia 162 por medio de un bus de rotor 156. El bus de estátor 154 proporciona una potencia multifásica de salida (por ejemplo, potencia trifásica) desde un estátor del generador 120 y el bus de rotor 156 proporciona una potencia multifásica de salida (por ejemplo, potencia trifásica) de un rotor del generador 120.

[0028]El convertidor de potencia 162 incluye un convertidor de lado de rotor 166 acoplado a un convertidor de lado de línea 168. El DFIG 120 se acopla al convertidor de lado de rotor 166 por medio del bus de rotor 156. El convertidor de lado de línea 168 se acopla a un bus de lado de línea 188. Además, como se muestra, el bus de estátor 154 se puede conectar directamente al bus de lado de línea 188. En configuraciones de ejemplo, el convertidor de lado de rotor 166 y el convertidor de lado de línea 168 se configuran para el modo de operación normal en una disposición PWM trifásica usando elementos de conmutación de transistor bipolar de puerta aislada (IGBT), que se analizan con más detalle en el presente documento. El convertidor de lado de rotor 166 y el convertidor de lado de línea 168 se pueden acoplar por medio de un enlace de CC 136 por medio del que está un condensador de enlace de CC 138. En modos de realización alternativos, el bus de estátor 154 y el convertidor de potencia 162 se pueden conectar a devanados aislados separados de un transformador (no mostrado), es decir, en el punto de unión del disyuntor de generador 158 y el disyuntor de convertidor 186.

[0029]El convertidor de potencia 162 se puede acoplar a un controlador 174 para controlar la operación del convertidor de lado de rotor 166 y el convertidor de lado de línea 168 y otros aspectos del sistema de potencia 100. Por ejemplo, como se muestra en particular en la FIG. 2, el controlador 174 puede incluir cualquier número de dispositivos de control. En una implementación, por ejemplo, el controlador 174 puede incluir uno o más procesadores 176 y dispositivos de memoria asociados 178 configurados para realizar una variedad de funciones y/o instrucciones implementadas por ordenador (por ejemplo, realizar los procedimientos, etapas, cálculos y similares y almacenar datos pertinentes como se divulga en el presente documento). Las instrucciones cuando se ejecutan por el procesador 176, pueden provocar que el procesador 176 realice operaciones, incluyendo proporcionar consignas de control (por ejemplo, consignas de modulación por ancho de pulso) a los elementos de conmutación del convertidor de potencia 162 y otros aspectos del sistema de potencia 100.

[0030]Adicionalmente, el controlador 174 también puede incluir un módulo de comunicaciones 180 para facilitar las comunicaciones entre el controlador 174 y los diversos componentes del sistema de potencia 100, por ejemplo cualquiera de los componentes de la FIG. 1. Además, el módulo de comunicaciones 180 puede incluir una interfaz de sensor 182 (por ejemplo, uno o más convertidores de analógico a digital) para permitir que las señales transmitidas desde uno o más sensores se conviertan en señales que se pueden entender y procesar por los procesadores 176. Se debe apreciar que los sensores (por ejemplo, los sensores 181, 183, 185) se pueden acoplar de forma comunicativa al módulo de comunicaciones 180 usando cualquier medio adecuado. Por ejemplo, como se muestra en la FIG. 2, los sensores 181, 183, 185 se acoplan a la interfaz de sensor 182 por medio de una conexión cableada. Sin embargo, en otros modos de realización, los sensores 181, 183, 185 se pueden acoplar a la interfaz de sensor 182 por medio de una conexión inalámbrica, tal como usando cualquier protocolo de comunicaciones inalámbricas adecuado conocido en la técnica. Como tal, el procesador 176 se puede configurar para recibir una o más señales desde los sensores.

[0031]Como se usa en el presente documento, el término "procesador" no solo se refiere a circuitos integrados a los que se hace referencia en la técnica como incluidos en un ordenador, sino que también se refiere a un controlador, un microcontrolador, un microordenador, un controlador de lógica programable (PLC), un circuito integrado específico de la aplicación y otros circuitos programables. El procesador 176 también se configura para computar algoritmos de control avanzados y comunicarse con una variedad de protocolos basados en Ethernet o en serie (Modbus, OPC, CAN, etc.). Adicionalmente, el/los dispositivo(s) de memoria 178 puede(n) comprender en general elemento(s) de memoria incluyendo, pero sin limitarse a, medio legible por ordenador (por ejemplo, una memoria de acceso aleatorio (RAM)), medio no volátil legible por ordenador (por ejemplo, una memoriaflash),un disquete, una memoria de solo lectura en disco compacto (CD-ROM), un disco magnetoóptico (MOD), un disco versátil digital (DVD) y/u otros elementos de memoria adecuados. Dicho(s) dispositivo(s) de memoria 178 se puede(n) configurar en general para almacenar instrucciones legibles por ordenador adecuadas que, cuando se implementan por el/los procesador(es) 176, configuran el controlador 174 para realizar las diversas funciones como se describe en el presente documento.

[0032]En operación, la potencia de corriente alterna generada en el DFIG 120 por rotación del rotor 106 se proporciona por medio de una ruta doble a un bus de red 160 y, en última instancia, a una red eléctrica 164. Las rutas dobles se definen por una ruta de potencia de generador 130 y una ruta de potencia de convertidor 132. En la ruta de potencia de convertidor 132, se proporciona potencia de corriente alterna (CA) multifásica (por ejemplo, trifásica) sinusoidal al convertidor de potencia 162 por medio del bus de rotor 156.

[0033]El convertidor de potencia de lado de rotor 166 convierte la potencia de CA proporcionada desde el bus de rotor 156 en potencia de corriente continua (CC) y proporciona la potencia de CC al enlace de CC 136. Los elementos de conmutación (por ejemplo, IGBT) usados en circuitos en derivación del convertidor de potencia de lado de rotor 166 se pueden sintonizar para convertir la potencia de CA proporcionada desde el bus de rotor 156 en potencia de CC adecuada para el enlace de CC 136.

[0034]El convertidor de lado de línea 168 convierte la potencia de CC en el enlace de CC 136 en potencia de salida de CA adecuada para la red eléctrica 160. En particular, los elementos de conmutación (por ejemplo, IGBT) usados en circuitos en derivación del convertidor de potencia de lado de línea 168 se pueden sintonizar para convertir la potencia de CC en el enlace de CC 136 en potencia de CA en el bus de lado de línea 188. La potencia de CA del convertidor de potencia 162 se puede combinar con la potencia del estator del DFIG 120 para proporcionar potencia multifásica (por ejemplo, potencia trifásica) que tiene una frecuencia mantenida sustancialmente a la frecuencia de la red eléctrica 160 (por ejemplo, 50 Hz/60 Hz). Además, como se muestra, la potencia eléctrica asociada se puede transmitir a un transformador principal 142 que típicamente se conecta a la red eléctrica 160. Por tanto, el transformador principal 142 aumenta la amplitud de voltaje de la potencia eléctrica de modo que la potencia eléctrica transformada se puede transmitir además a la red de potencia 160.

[0035]Se pueden incluir en el sistema 100 diversos interruptores y disyuntores de circuito, tales como un disyuntor de generador 158 y disyuntor de convertidor 186, para conectar o desconectar los correspondientes buses, por ejemplo, cuando el flujo de corriente es excesivo y puede dañar los componentes del sistema de turbina eólica 100 o para otras consideraciones operativas. También se pueden incluir componentes de protección adicionales en el sistema de turbina eólica 100.

[0036]El convertidor de potencia 162 puede recibir señales de control de, por ejemplo, el controlador 174. Las señales de control se pueden basar, entre otras cosas, en características en operación o condiciones detectadas del sistema de turbina eólica 100. Típicamente, las señales de control proporcionan el control de la operación del convertidor de potencia 162. Por ejemplo, la realimentación en forma de velocidad detectada del DFIG 120 se puede usar para controlar la conversión de la potencia de salida del bus de rotor 156 para mantener una fuente de alimentación multifásica (por ejemplo, trifásica) equilibrada y apropiada. También se puede usar otra realimentación de otros sensores por el controlador 174 para controlar el convertidor de potencia 162, incluyendo, por ejemplo, realimentaciones de corriente y voltajes de bus de rotor y estátor. Usando las diversas formas de información de realimentación, se pueden generar señales de control de conmutación (por ejemplo, consignas de temporización de puerta para IGBT), señales de control de sincronización de estátor y señales de disyuntor de circuito.

[0037]En referencia ahora a la FIG. 3, se ilustra un diagrama de flujo de un modo de realización de un procedimiento 200 para operar un sistema de potencia conectado a una red de potencia de acuerdo con la presente divulgación. En general, el procedimiento 200 descrito en el presente documento en general se aplica a la operación del sistema de potencia de turbina eólica DFIG 100 descrito anteriormente. Sin embargo, se debe apreciar que el procedimiento divulgado 200 se puede implementar usando cualquier otro sistema de potencia adecuado que se configure para suministrar potencia, incluyendo potencia reactiva, para su aplicación a una carga, tal como una red de potencia. Además, la FIG. 3 representa las etapas realizadas en un orden particular para propósitos de ilustración y análisis. Los expertos en la técnica, usando las divulgaciones proporcionadas en el presente documento, entenderán que diversas etapas de cualquiera de los procedimientos divulgados en el presente documento se pueden adaptar, omitir, reordenar o expandir de diversas formas sin desviarse del alcance de la presente divulgación.

[0038]Como se muestra en (202), el procedimiento 200 puede incluir opcionalmente recibir uno o más requisitos de código de red de la red de potencia. Por ejemplo, en un modo de realización, los requisitos del código de red pueden variar de un país a otro y, por lo tanto, pueden tener requisitos variables para armónicos, voltaje, corriente, capacidades de conducción, potencia reactiva, potencia activa, etc. Además, como se muestra en (204), el procedimiento 200 también puede incluir recibir una o más condiciones operativas del sistema de potencia. Por ejemplo, la(s) condición/condiciones operativa(s) puede(n) incluir voltaje, corriente, temperatura, salida de potencia y/o frecuencia.

[0039]Por tanto, como se muestra en (206), el procedimiento 200 incluye proporcionar un filtro activo 134 en la ruta de potencia de convertidor 132. Más específicamente, como se muestra en las FIGS. 1 y 4-7, el filtro activo 134 se puede proporcionar entre el convertidor de lado de línea 168 y la red de potencia 160 (por ejemplo, antes del transformador principal 142) para mitigar los armónicos de una salida de turbina del sistema de potencia 100. Por ejemplo, en determinados modos de realización, como se muestra en la FIG. 4, el filtro activo 134 puede ser un filtro de potencia activo, por ejemplo, conectado a terminales de convertidor de lado de línea/bus de lado de línea 188. Como se describe en el presente documento, los filtros de potencia activos son filtros que pueden reducir y/o eliminar armónicos separando por filtración armónicos en el sistema de potencia 100 que están significativamente por debajo de una frecuencia de conmutación del filtro. Como tales, los filtros de potencia activos se pueden usar para separar por filtración armónicos de orden tanto superior como inferior en el sistema de potencia 100.

[0040]Sin embargo, en modos de realización alternativos, como se muestra en la FIG. 7, el filtro activo 134 puede ser un filtro activo en derivación conectado al bus de lado de línea 188 que detecta la corriente de carga e inyecta una corriente en el sistema de potencia 100 para compensar o cambiar los armónicos o la carga reactiva. En un modo de realización, el filtro activo de derivación también puede ser una parte de la arquitectura de filtro híbrida descrita en el presente documento. En dichos modos de realización, la impedancia de convertidor de lado de línea puede ser comparable con la impedancia de lado de la red bajo determinadas condiciones.

[0041]En referencia en particular a la FIG. 5, la arquitectura de filtro puede incluir una arquitectura de filtro de potencia puramente activo. En dichos modos de realización, la arquitectura de filtro de potencia puramente activo puede incluir solo un filtro activo 134 que tiene un tamaño mayor que, por ejemplo, la arquitectura de filtro híbrida descrita en el presente documento (FIG. 6). Además, el filtro puramente activo 134 puede tener un requisito de voltaje de CC mayor que, por ejemplo, la arquitectura de filtro híbrida descrita en el presente documento. En un modo de realización, la impedancia de lado de rotor puede ser más pequeña que para sistemas convencionales. Además, el filtro de potencia activo 134 puede ayudar a reducir el tamaño y/o eliminar el requisito de los filtros de distorsión de estátor/línea de sistemas convencionales.

[0042]En referencia en particular a la FIG. 6, la arquitectura de filtro puede incluir una arquitectura de filtro de potencia activo híbrida que tiene filtros tanto activos como pasivos 134, 140. Más específicamente, como se muestra, la arquitectura del filtro de potencia activo híbrida incluye el filtro de potencia activo 134 con un filtro pasivo 140 entre el filtro activo 134 y un rectificador de diodo 190 (que es una carga que produce armónicos) para mitigar los armónicos de la salida de turbina del sistema de potencia 100. En un modo de realización, la arquitectura de filtro de potencia activo híbrida puede tener una mejor atenuación de la frecuencia resonante, por ejemplo, que usando el filtro activo 134 solo. Además, la arquitectura de filtro de potencia activo híbrida puede ayudar a reducir el tamaño y/o eliminar el requisito de los filtros de distorsión de línea/estátor de sistemas convencionales.

[0043]En referencia de nuevo a la FIG. 3, como se muestra en (208), el procedimiento 200 incluye determinar un cambio en la atenuación de armónicos del sistema de potencia 100 sobre un espectro de frecuencia predeterminado que se necesita para cumplir con el/los requisito(s) de código de red.

[0044]Como se muestra en (210), el procedimiento 200 incluye controlar activamente, por medio del controlador 174, el filtro activo 134 para proporcionar el cambio en la atenuación de los armónicos del sistema de potencia 100 para mitigar los armónicos del sistema de potencia 100. Más específicamente, en un modo de realización, el controlador 174 se puede configurar para determinar el cambio en la atenuación de los armónicos en el sistema de potencia 100 sobre el espectro de frecuencia predeterminado en base a tanto el/los requisito(s) de red como las condiciones operativas.

[0045]Por tanto, en un modo de realización, el controlador 174 puede controlar activamente el filtro activo 134 para proporcionar el cambio en la atenuación de los armónicos del sistema de potencia 100 modulando el filtro de potencia activo 134 a una pluralidad de frecuencias de forma simultánea o consecutiva. Más específicamente, en determinados modos de realización, el controlador 174 puede sintonizar el filtro de potencia activo 134 a la pluralidad de frecuencias de forma simultánea o consecutiva modulando el filtro de potencia activo para compensar los armónicos en la corriente de línea y la corriente de estátor simultáneamente.

[0046]En modos de realización adicionales, el procedimiento 200 puede incluir generar potencia reactiva por medio del filtro activo 134 y/o reducir la amortiguación de resonancia del sistema de potencia por medio del filtro activo 134.

[0047]Los modos de realización ejemplares de una turbina eólica, un controlador para una turbina eólica, y procedimientos de control de una turbina eólica se describen anteriormente en detalle. Los procedimientos, turbina eólica y controlador no se limitan a los modos de realización específicos descritos en el presente documento, sino que, en cambio, los componentes de la turbina eólica y/o controlador y/o etapas de los procedimientos se pueden utilizar de forma independiente y separada de otros componentes y/o etapas descritos en el presente documento. Por ejemplo, el controlador y procedimientos también se pueden usar en combinación con otros procedimientos y sistemas de potencia de turbina eólica, y no se limitan a la práctica solo con el sistema de potencia como se describe en el presente documento. Más bien, el modo de realización ejemplar se puede implementar y utilizar en conexión con muchas otras aplicaciones de turbina eólica o sistema de potencia, tales como sistemas de potencia solar.

[0048]Aunque se pueden mostrar rasgos característicos específicos de diversos modos de realización de la invención en algunos dibujos y no en otros, esto se hace solo por conveniencia. De acuerdo con los principios de la invención, se puede hacer referencia a y/o reivindicar cualquier rasgo característico de un dibujo en combinación con cualquier rasgo característico de cualquier otro dibujo.

[0049]Esta descripción escrita usa ejemplos para divulgar la invención, incluyendo el mejor modo, y también para permitir que cualquier experto en la técnica practique la invención, incluyendo fabricar y usar cualquier dispositivo o sistema y realizar cualquier procedimiento incorporado. El alcance patentable de la invención se define por las reivindicaciones y puede incluir otros ejemplos se les ocurran a los expertos en la técnica. Se pretende que dichos otros ejemplos estén dentro del alcance de las reivindicaciones si incluyen elementos estructurales que no difieren del lenguaje literal de las reivindicaciones o si incluyen elementos estructurales equivalentes con diferencias insustanciales del lenguaje literal de las reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un procedimiento para operar un sistema de potencia conectado a una red de potencia (164), definiendo el sistema de potencia una ruta de potencia de generador (130) y una ruta de potencia de convertidor (132), teniendo la ruta de potencia de generador (130) un generador con un rotor (122) y un estátor (124), teniendo la ruta de potencia de convertidor (132) un convertidor de potencia (162) con un convertidor de lado de rotor y un convertidor de lado de línea, comprendiendo el procedimiento:

proporcionar un filtro activo (124) en la ruta de potencia de convertidor (132);

recibir una o más condiciones operativas del sistema de potencia;

determinar, en base a la una o más condiciones operativas, un cambio en la atenuación de armónicos del sistema de potencia sobre un espectro de frecuencia predeterminado que se necesita para cumplir con uno o más requisitos de código de red de la red de potencia, refiriéndose el uno o más requisitos de código de red al cumplimiento de armónicos de corriente y voltaje en una salida de turbina del sistema de potencia; y

controlar activamente, por medio de un controlador, el filtro activo (124) para proporcionar el cambio en la atenuación de los armónicos del sistema de potencia para mitigar los armónicos de la salida de turbina del sistema de potencia.

2. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que una o más condiciones operativas comprenden al menos una de voltaje, corriente, temperatura, salida de potencia o frecuencia.

3. El procedimiento de cualquier reivindicación precedente, que comprende además proporcionar el filtro activo (124) entre el convertidor de lado de línea y la red de potencia, y un filtro pasivo entre el filtro activo (124) y el convertidor de lado de línea, para mitigar la armónicos de la salida de turbina del sistema de potencia.

4. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el filtro activo (124) comprende un filtro activo de potencia.

5. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que controlar activamente el filtro activo (124) para proporcionar el cambio en la atenuación de los armónicos del sistema de potencia comprende además sintonizar el filtro de potencia activo a al menos una de una pluralidad de frecuencias de forma simultánea o consecutiva.

6. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que sintonizar el filtro de potencia activo a la pluralidad de frecuencias de forma simultánea o consecutiva comprende además sintonizar el filtro de potencia activo para compensar los armónicos en la corriente de línea y la corriente de estátor simultáneamente.

7. El procedimiento de cualquier reivindicación precedente, que comprende además al menos uno de generar potencia reactiva por medio del filtro activo (124) o reducir la amortiguación de resonancia del sistema de potencia por medio del filtro activo (124).

8. El procedimiento de cualquier reivindicación precedente, en el que el sistema de potencia carece de un filtro de distorsión de estátor entre el estátor y la red de potencia y un filtro de distorsión de lado de línea.

9. El procedimiento de cualquier reivindicación precedente, en el que el generador es un generador de inducción doblemente alimentado, DFIG.

10. Un sistema de potencia de generador de inducción doblemente alimentado, DFIG, conectado a una red de potencia (164), comprendiendo el sistema de potencia DFIG:

una ruta de potencia de generador (130) que comprende un DFIG con un rotor (122) y un estátor (124);

una ruta de potencia de convertidor (132) que comprende un convertidor de potencia (162), comprendiendo el convertidor de potencia (162) un convertidor de lado de rotor y un convertidor de lado de línea, comprendiendo además la ruta de potencia de convertidor (132) un filtro de potencia activo (124); y un controlador (174) adaptado para controlar el sistema de potencia DFIG, el controlador configurado para realizar una pluralidad de operaciones, comprendiendo la pluralidad de operaciones:

recibir una o más condiciones operativas del sistema de potencia;

controlar activamente el filtro de potencia activo (124) para proporcionar el cambio en la atenuación de los armónicos del sistema de potencia para mitigar los armónicos de la salida de turbina del sistema de potencia.

11. El sistema de potencia DFIG de las reivindicaciones 10, en el que la una o más condiciones operativas comprenden al menos una de voltaje, corriente, temperatura, salida de potencia o frecuencia.

12. El sistema de potencia DFIG de la reivindicación 10 u 11, en el que el filtro de potencia activo (124) se proporciona entre el convertidor de lado de línea y la red de potencia para mitigar los armónicos de la salida de turbina del sistema de potencia, y en el que un filtro pasivo se proporciona entre el filtro de potencia activo (124) y el convertidor de lado de línea para mitigar los armónicos de la salida de turbina del sistema de potencia.

13. El sistema de potencia DFIG de las reivindicaciones 10-12, en el que controlar activamente el filtro de potencia activo (124) para proporcionar el cambio en la atenuación de los armónicos de la salida de turbina del sistema de potencia comprende además sintonizar el filtro de potencia activo (124) a al menos una de una pluralidad de frecuencias de forma simultánea o consecutiva.