ES2957534T3 - Procedimiento para controlar una disposición para alimentar corriente eléctrica en una red de suministro - Google Patents

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Abstract

La invención se refiere a un método para controlar un sistema de suministro (1), que cuenta con una instalación de energía eólica (2), para suministrar energía eléctrica a un sistema de suministro de energía eléctrica (22), que comprende los siguientes pasos: la energía eléctrica (P0) se producida a partir del viento mediante la instalación de energía eólica (2), una primera porción (P1) de la energía eléctrica (P0) producida se suministra al sistema de suministro de energía eléctrica (22), una segunda porción (P2) de la energía eléctrica (P0) producida se suministra a una carga eléctrica (6) para consumir la segunda porción suministrada (P2) de la energía eléctrica (P0) producida y en el que, en base a al menos un estado del sistema monitoreado y/o en base a - el viento predominante, la segunda porción (P2) de la energía eléctrica (P0) producida, que se suministra a la carga (6), se reduce total o parcialmente y la primera porción (P1) de la energía eléctrica (P0), que se suministra al sistema de suministro de energía eléctrica (22) aumenta correspondientemente y a una disposición de suministro adecuada. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento para controlar una disposición para alimentar corriente eléctrica en una red de suministro
La presente invención se refiere a un procedimiento para controlar una disposición de alimentación que tiene una instalación de energía eólica para alimentar potencia eléctrica o energía eléctrica a una red de suministro eléctrico. Además, la presente invención se refiere a dicha disposición de alimentación. Además, la presente invención se refiere a un parque eólico con varias instalaciones de energía eólica y al menos una disposición de alimentación.
Son bien conocidas las instalaciones de energía eólica que generan corriente eléctrica a partir del viento y la inyectan o alimentan a una red de suministro eléctrico. En la figura 1 se muestra esquemáticamente un ejemplo de una instalación de energía eólica de este tipo. Por lo tanto, una instalación de energía eólica de este tipo también puede considerarse como una disposición de alimentación que comprende una instalación de energía eólica.
Habitualmente, pero al menos preferentemente, las instalaciones de energía eólica se operaban u operaban en la llamada operación paralela de red. En general, se entiende por esto que la respectiva instalación de energía eólica genera tanta potencia eléctrica como sea posible gracias al viento predominante y alimenta esta potencia a la red de suministro eléctrico. La red de suministro eléctrico, denominada en lo sucesivo también red, ha compensado o absorbido las fluctuaciones resultantes en la potencia suministrada.
Sin embargo, esta operación paralela de red resulta problemático para la red, ya que aumenta la proporción de potencia eléctrica de las instalaciones de energía eólica en la red. Es deseable que las instalaciones de energía eólica también apoyen la red eléctrica y, en particular, puedan adaptarse a la demanda de potencia de la red eléctrica.
En este sentido, ya se conocen soluciones en las que las instalaciones de energía eólica pueden asumir funciones de apoyo a la red. Por ejemplo, el documento US 6.984.898 muestra un procedimiento en el que la instalación de energía eólica regula la potencia que suministra en función de la tensión de la red. Por el documento US 6.891.281 se conoce un procedimiento en el que la potencia se regula dependiendo de una frecuencia de la tensión en la red. El documento US 7.462.946 describe un procedimiento para alimentar potencia eléctrica a una red de suministro a través de una instalación de energía eólica, que puede tener en cuenta un cortocircuito en la red de suministro. El documento US 6.965.174 propone un procedimiento en el que una instalación de energía eólica que alimenta a la red ajusta en función de la tensión de la red un ángulo de fase y, con ello, una componente de potencia reactiva de la potencia alimentada, para contribuir también al apoyo de la red. El documento US 7.525.208 también sugiere tener en cuenta los cortocircuitos en la red.
Todos estos procedimientos contribuyen al apoyo de la red, pero no pueden cambiar el hecho de que una instalación de energía eólica no puede generar más potencia eléctrica a partir del viento de la que permiten las condiciones del viento predominantes. A este respecto, en particular para un aumento de potencia, existen límites estrictos en cuanto a la amplitud y duración de dicho aumento.
Para poder aumentar la potencia suministrada a una instalación de energía eólica, el documento EP 2411 669 propone lograr un aumento a corto plazo de la potencia para apoyar la red utilizando potencia de la masa rotante del rotor giratorio de la instalación de energía eólica. También existen límites estrictos para dicho aumento de potencia, que se derivan en gran medida de la energía cinética máxima almacenada en el rotor. Además, se requiere un cierto esfuerzo para convertir la energía cinética del rotor de la instalación de energía eólica en corriente eléctrica para conseguir el aumento deseado de la potencia eléctrica alimentada.
La Oficina Alemana de Patentes y Marcas buscó en la solicitud prioritaria el siguiente estado de la técnica: DE 102009 018 126 A1 y DE 102008 052827 A1.
El documento WO 2010/048706 A1 se refiere a un procedimiento para producir hidrógeno utilizando una disposición de electrolizadores suministrados por un parque eólico.
El documento EP 1739 824 A2 describe un procedimiento para alimentar utilizando un nivel de potencia objetivo externo [“target power output level”], como es habitual en unidades generadoras controladas centralmente.
El documento WO 03/077398 A2 describe una red insular y un procedimiento para operar la red insular.
El documento US 2008/0001479 se refiere a un procedimiento y un dispositivo para apoyar la frecuencia en una red de suministro eléctrico durante un cambio repentino en la carga de la red y/o la potencia de generación.
El documento CA 2797 893 A1 se refiere a un procedimiento para suministrar potencia eléctrica, donde la disposición de alimentación comprende una instalación de energía eólica, un consumidor eléctrico y un acumulador eléctrico, y donde la disposición de alimentación puede activar potencia de control primaria.
El documento US 2011/0273022 A1 se refiere a un procedimiento y un dispositivo para controlar un sistema de energía híbrido, que comprende instalaciones de energía eólica, consumidores eléctricos y acumuladores eléctricos, donde el sistema comprende un plano de tensión continua, donde una distribución de energía depende de la tensión del plano de tensión continua. Una monitorización de red sirve para desconectar el sistema híbrido de la red si ésta se vuelve inestable.
Por lo tanto, la presente invención se basa en el objetivo de abordar al menos uno de los problemas anteriores. En particular, debería buscarse una solución con la que se pueda aumentar la alimentación de potencia eléctrica incluso cuando se utiliza una instalación de energía eólica. Este aumento de potencia eléctrica debería poder realizarse, en particular, de la forma más sencilla, rápida y duradera posible. El objetivo también debería ser lograr un aumento significativo de la potencia, en particular de al menos un 10%, un 20% o, si es posible, incluso un 50% o más. Al menos se debería sugerir una solución alternativa.
Este objetivo se consigue según la invención mediante un procedimiento con las características especificadas en la reivindicación 1 y mediante un dispositivo con las características especificadas en la reivindicación 8.
Según la invención se propone un procedimiento según la reivindicación 1. De esta manera se controla una instalación de alimentación que presenta una instalación de energía eólica. El control se realiza de tal forma que la instalación de energía eólica genere potencia eléctrica. Cabe señalar que la generación de potencia eléctrica o la generación de energía eléctrica se refiere a la conversión de potencia o energía de otra forma en potencia o energía eléctrica. La instalación de energía eólica genera potencia eléctrica convirtiendo la energía del viento en potencia eléctrica. Una primera porción de la potencia eléctrica así generada se alimenta o inyecta a la red de suministro eléctrico. Una segunda porción de la potencia eléctrica generada por la instalación de energía eólica se suministra a un consumidor eléctrico para su consumo. Por consumidor eléctrico debe entenderse un consumidor en el sentido eléctrico, el cual extrae potencia eléctrica.
Según la invención se monitoriza o se observa al menos un estado de red de la red de suministro eléctrico. Aquí se tienen en cuenta diferentes estados de red, como se describe a continuación. Sin embargo, al menos durante la evaluación, la monitorización del estado de red va más allá de lo que de todos modos debe tener en cuenta una disposición de alimentación, es decir, la frecuencia, la fase y la amplitud de la tensión en la red, en particular en el punto de alimentación de la red en el que la disposición de alimentación alimenta la potencia eléctrica a la red.
En función de este al menos un estado de red monitorizado, la segunda porción de la potencia eléctrica generada suministrada al consumidor se reduce ahora total o parcialmente y se suma a la primera porción eléctrica. Con esta parte reducida se aumenta así la primera porción de la potencia eléctrica y se aumenta correspondientemente la potencia eléctrica que se alimenta a la red de suministro.
También se puede lograr una reducción en función del viento manteniendo constante la potencia suministrada. La segunda porción de la potencia generada puede entonces depender de la fluctuación de la potencia eléctrica total generada. La información sobre el viento se incorpora luego a la información sobre la potencia eléctrica generada.
Se propone una reducción de la segunda porción dependiente del estado de red.
Si se reconoce, asume o espera basándose en al menos un estado de red monitorizado que es ventajoso aumentar la potencia que se alimentará a la red, esto se puede hacer de manera sencilla redirigiendo una porción de la potencia eléctrica suministrada al consumidor para la red para alimentar a la red. Esto tiene la ventaja, entre otras cosas, de permitir de forma sencilla suministrar rápidamente potencia eléctrica adicional. Puede ser necesario preparar al consumidor eléctrico para el hecho de que de repente haya menos, o ninguna, potencia disponible. Para ello, el consumidor puede prepararse o seleccionarse en consecuencia.
Según la invención, el consumidor eléctrico es un dispositivo de conversión para convertir potencia eléctrica en otra forma de energía, en particular el consumidor es un dispositivo de conversión que produce un gas o un líquido como portador de energía. Por ejemplo, el hidrógeno se puede producir mediante electrólisis. Además, o adicionalmente, el metano se puede generar mediante un proceso de metanización y alimentarse a una red de gas y/o a un acumulador de gas. Se dispone así de un consumidor que, dependiendo de las dimensiones de este dispositivo de conversión, puede consumir una gran cantidad de potencia eléctrica y cuya potencia también puede reducirse fácilmente. Si se reduce la potencia de entrada de un dispositivo de conversión de este tipo, se produce correspondientemente menos gas o posiblemente nada de gas. Básicamente, esta condición puede durar cualquier período de tiempo.
Una reducción de la potencia eléctrica suministrada al dispositivo de conversión puede tener lugar en un tiempo muy corto, por ejemplo, en unos pocos ms. Incluso si el dispositivo de conversión necesita más tiempo para reducir o desconectar la producción de gas, se puede prever para ello un almacenamiento intermedio correspondiente.
Según la invención se propone que una tercera porción de la potencia eléctrica generada por la instalación de energía eólica se alimente a un acumulador de electricidad. En principio también es imaginable que, en este caso, la segunda porción tenga el valor 0, pero según esta forma de realización la potencia eléctrica debería dividirse preferentemente en tres partes, que pueden tener valores diferentes. La primera porción se alimenta a la red de suministro, la segunda porción se utiliza para el consumidor, que es un dispositivo de conversión, y la tercera porción se utiliza para cargar un acumulador eléctrico.
Dependiendo del al menos un estado de la red monitorizado, en particular si se supone o se espera una demanda correspondiente de la red de suministro, se puede tomar potencia eléctrica del acumulador de energía eléctrica y alimentarla a la red de suministro eléctrico. De forma adicional o alternativa, la tercera porción eléctrica, que sirve para cargar el acumulador de energía, también se modifica en función de uno o varios estados de red relevantes detectados para la alimentación a la red de suministro. De este modo, la potencia eléctrica alimentada se puede aumentar en muy poco tiempo en una segunda y tercera porción, de modo que en muy poco tiempo se puede realizar una conmutación de tal manera que toda la potencia eléctrica generada por la instalación de energía eólica o por las varias instalaciones de energía eólica se alimenta a la red de suministro. Para conseguir un aumento de potencia adicional al menos durante un breve periodo de tiempo al alimentar, se puede aprovechar la potencia eléctrica almacenada temporalmente en el acumulador eléctrico para aumentar la potencia alimentada por encima de la potencia actual proporcionada por la o las instalaciones de energía eólica.
Este caso puede estar destinado en particular a situaciones excepcionales de corta duración.
Una situación excepcional de este tipo puede deberse a mediciones en la red o también puede conocerse de antemano, por ejemplo, si una planta industrial conecta a un gran consumidor a una hora determinada y genera así un pico de demanda de energía a corto plazo.
Está claro que la alimentación de una tercera porción de la potencia generada al acumulador eléctrico no se puede hacer de forma permanente a alta potencia. Preferiblemente, se controla el acumulador de energía eléctrica, o se ajusta la tercera porción de la potencia eléctrica generada, de manera que el acumulador eléctrico esté siempre completamente cargado para tener disponible la mayor cantidad de potencia de reserva posible. El acumulador de energía eléctrica también puede utilizarse para suministrar su energía no sólo en situaciones excepcionales, sino también para responder en general a las fluctuaciones de la demanda de la red o para compensar las fluctuaciones del viento.
El desvío para la alimentación de la segunda porción de la potencia, o de una parte de ella, logra, en particular, una forma rápida de reaccionar ante una demanda repentina de potencia, o incluso de tener un efecto de apoyo a la red en caso de fallo, siempre que tal un fallo se puede contrarrestar con una mayor alimentación de potencia. Este desvío de la segunda porción de la potencia es posible especialmente de manera muy rápida, porque la potencia eléctrica necesaria ya está disponible como energía eléctrica.
Al mismo tiempo, el desvío de esta segunda porción también se puede realizar de forma variable para que la alimentación de potencia eléctrica a la red sea constante. En otras palabras, se puede conseguir que a pesar de las fluctuaciones del viento se alimente una potencia constante a la red eléctrica. Esto permite estabilizar la alimentación. Incluso una estabilización de este tipo puede tener un efecto ventajoso sobre la estabilidad de la red, ya que la alimentación se realiza de manera uniforme y se evitan fluctuaciones inesperadas. En otras palabras, se pueden abordar las dudas que consideran las instalaciones de energía eólica como un problema para la estabilidad de la red porque existe el peligro teórico de que un gran número de instalaciones de energía eólica alimenten repentinamente menos o más potencia de manera descoordinada, lo que en casos extremos podría provocar un colapso de la red. Aunque estas dudas -dependiendo de las instalaciones de energía eólica utilizadas- pueden ser infundadas, o al menos no ser un problema tan grande como se suele considerar, la estabilización propuesta puede aclararlas.
El uso del acumulador eléctrico también puede favorecer dicha estabilización y aumentar adicionalmente la potencia que se puede alimentar por encima de la potencia eólica predominante y, por tanto, en principio también por encima de la potencia nominal de la o las instalaciones de energía eólica en cuestión.
Según la invención, la monitorización de al menos un estado de red puede ser o incluir la monitorización de la frecuencia en la red de suministro eléctrico. En particular, la frecuencia en la red de suministro puede representar un indicador de la demanda de potencia en la red. Si la frecuencia aumenta en comparación con la frecuencia nominal, por ejemplo 50 Hz en la red interconectada europea o 60 Hz en la red estadounidense, esto es un indicador de un exceso de oferta de potencia en la red. Si la frecuencia cae, especialmente por debajo de una frecuencia nominal, en particular la frecuencia nominal de la red, esto es un indicador de un exceso de demanda de potencia eléctrica en la red. Por lo tanto, se propone preferentemente desviar total o parcialmente la segunda y/o la tercera porción de la potencia para su alimentación, haciéndola depender de una caída de la frecuencia en la red por debajo de un valor límite predeterminado.
Alternativamente, se puede monitorizar la tensión en la red eléctrica, es decir, su amplitud. En particular se utiliza aquí la amplitud del valor efectivo de la tensión o un valor igualmente representativo de la tensión. El desvío total o parcial descrito de la segunda y/o tercera porción de la potencia puede depender de si la tensión en la red de suministro eléctrico cae por debajo de un límite de tensión predeterminado.
El desvío descrito también puede depender cuantitativamente del estado de red monitorizado. Preferiblemente, se desvía más potencia para la alimentación cuanto mayor sea la caída de la frecuencia en la red de suministro eléctrico, es decir, la llamada frecuencia de red, respecto a un valor límite predeterminado. Más preferentemente, se desvía más potencia eléctrica para la alimentación cuanto mayor sea la caída de la tensión en la red de suministro eléctrico, es decir, la llamada tensión de red, respecto a un valor límite de tensión predeterminado. Tanto en la propuesta descrita en función de la frecuencia como en la propuesta descrita en función de la tensión, la desviación de la potencia puede aumentar linealmente con una mayor caída de la frecuencia o una mayor caída de la tensión hasta un valor límite.
Preferiblemente o adicionalmente, el estado de red se monitoriza mediante la evaluación de una señal externa. Una señal externa de este tipo es, en particular, aquella que el operador de la red de suministro, el llamado operador de red, transmite. Esto permite, por ejemplo, tener en cuenta otros comportamientos de otros generadores de la red. De esta manera se puede evitar en particular que varios generadores de la red, de los cuales la disposición de alimentación puede formar parte, trabajen uno contra otro en su regulación. Además, al tener en cuenta una señal del operador de red, también se puede tener en cuenta un evento futuro, como la conexión o desconexión prevista de un generador o consumidor.
De manera más preferida o adicional se propone que para monitorizar al menos un estado de red se determine una demanda actual de potencia eléctrica en la red de suministro, en particular un exceso de demanda, es decir, una demanda mayor de la que actualmente proporcionan los generadores en la red de suministro. Como se describe, esto se puede hacer monitorizando la frecuencia. Otras opciones incluyen mediciones concretas del consumo que pueden ser realizadas total o parcialmente por los propios consumidores. En particular, esto también tiene en cuenta la posibilidad de que en el futuro los consumidores y generadores de una red puedan estar más estrechamente conectados en términos de tecnología de la información y planificar y comunicar sus demandas y ofertas en consecuencia. Esta información puede evaluarse mediante la disposición de alimentación. Sin embargo, se parte preferentemente de que se realiza una evaluación preliminar para grupos de consumidores o para todos los consumidores y que sólo el resultado de dicha evaluación se transmite como requisito al sistema de alimentación y, por lo tanto, se puede tener en cuenta como estado de red.
También se propone monitorizar un cambio en la frecuencia de la red de suministro eléctrico, es decir un cambio en la frecuencia de red, como estado de red. En particular, un cambio rápido o indeseablemente rápido en la frecuencia de red puede ser un indicador no sólo de exceso de demanda o exceso de oferta, sino también de una condición crítica inminente de la red. Por ejemplo, una frecuencia de red que cae rápidamente puede ser un indicador de un aumento alarmante en la demanda de potencia en la red. En particular, una caída rápida en la frecuencia de red puede hacer necesario desviar rápidamente la potencia para alimentarla a la red. Por ejemplo, la segunda porción de la potencia generada y/o la tercera porción de la potencia generada pueden ponerse a disposición inmediata y completamente para su alimentación mediante conmutación. Esto significa que una parte importante de la potencia adicional está disponible para la alimentación en un tiempo extremadamente corto y también de forma permanente.
Preferiblemente, se especifica un valor límite para un cambio de frecuencia y se propone que un desvío de la segunda y/o tercera porción de la potencia eléctrica generada para su alimentación a la red de suministro se inicie cuando se produce un cambio negativo en la frecuencia, es decir, una caída de frecuencia, por debajo de este valor límite, es decir, su valor supera el valor de este límite.
Preferiblemente, se pueden combinar dos o más de estas sugerencias no exhaustivas para monitorizar el estado de red. Por ejemplo, se propone que aún se pueda tolerar una determinada caída de frecuencia si el valor absoluto de la frecuencia sigue siendo alto, en particular por encima de un valor nominal, en particular por encima de la frecuencia nominal. Sin embargo, si la frecuencia de la red se encuentra en este valor nominal, en particular la frecuencia nominal, o está por debajo de él, la misma caída de frecuencia puede provocar la desviación descrita de la potencia a alimentar. La evaluación de la tensión de red y/o la evaluación de la frecuencia de red y/o la evaluación de la variación o del cambio de la frecuencia de red también pueden conducir a resultados diferentes para el desvío de la potencia, por ejemplo, dependiendo de si el operador de la red ya ha anunciado medidas apropiadas a través de una señal que se supone que corrige el problema identificado. La evaluación puede arrojar un resultado diferente si el operador de la red transmite una señal que podría provocar un aumento del problema identificado. Asimismo, tener en cuenta un análisis de las demandas de los consumidores especialmente actuales puede influir en el resultado de la evaluación del estado de red. Si, por ejemplo, se sabe que un gran consumidor se está desconectando de la red, inicialmente se puede abstenerse de alimentar potencia eléctrica adicional.
Una forma de realización propone que la segunda porción de la potencia eléctrica generada suministrada al consumidor se complemente completamente con la primera porción de la potencia eléctrica alimentada a la red de suministro eléctrico, en particular de tal manera que la segunda porción de la potencia eléctrica generada sea desviada mediante un proceso de conmutación de tal manera que esté lista junto con la primera porción para ser alimentada a la red de suministro eléctrico. Adicional o alternativamente, la tercera porción de la potencia eléctrica generada suministrada al acumulador eléctrico puede complementarse completamente con la primera porción de la potencia eléctrica alimentada a la red de suministro eléctrico.
La redirección total o parcial de la segunda y/o tercera porción de la potencia eléctrica se realiza preferiblemente de tal manera que la energía se introduce en un circuito intermedio de tensión continua de un inversor, que básicamente realiza la alimentación a la red eléctrica. La disposición de alimentación está construida de tal manera que la instalación de energía eólica genera potencia eléctrica y la rectifica y la proporciona como tensión continua. A partir de esta tensión continua, la potencia se divide en primer lugar en la primera, segunda y/o tercera porción de la potencia. La primera porción de la potencia se pone a disposición del circuito intermedio de tensión continua de esta forma, es decir, como tensión continua, y el inversor genera la potencia a alimentar según la frecuencia, la fase y la amplitud.
Si ahora se desvía la segunda y/o tercera porción de la potencia para la inyección, esto sucede básicamente de tal manera que la parte respectiva de la potencia eléctrica total disponible como tensión continua de la instalación de energía eólica ya no es, o ya no es completamente, extraída y, por lo tanto, está disponible directamente en el circuito intermedio de tensión continua y se puede alimentar. En otras palabras, una realización propone que el desvío de la segunda y/o tercera porción de la potencia eléctrica se realice simplemente no eliminando esta segunda y tercera porción sino transfiriendo directamente toda la potencia eléctrica proporcionada por la instalación de energía eólica al circuito intermedio de corriente continua de forma que esté lista para ser alimentada.
Esto también deja claro que el aumento de la potencia eléctrica alimentada puede producirse de forma espontánea y sencilla, ya que el inversor que alimenta sigue funcionando normalmente, pero inmediatamente dispone de más potencia eléctrica para alimentar. A este respecto, la única precaución que hay que tener en cuenta es que el inversor, que también puede estar formado por varios inversores individuales, que preferentemente están acoplados a través del circuito intermedio de tensión continua, debe configurarse para alimentar toda la potencia máxima posible generada por la instalación de energía eólica o instalaciones de energía eólica.
Además, según la reivindicación 8 se propone una disposición de alimentación para alimentar potencia eléctrica a una red de suministro eléctrico. Esta disposición de alimentación comprende al menos una instalación de energía eólica para generar potencia eléctrica, al menos un medio de alimentación para alimentar al menos una primera porción de la potencia eléctrica generada por la instalación de energía eólica, en particular un inversor, un consumidor eléctrico para consumir al menos una segunda porción de la potencia eléctrica generada por la instalación de energía eólica y un dispositivo de control para controlar la disposición de alimentación y en particular para controlar un flujo de energía.
El dispositivo de control está preparado para implementar un procedimiento según al menos una de las realizaciones descritas anteriormente. Una preparación de este tipo para implementar el accionamiento de control puede consistir en que el dispositivo de control esté acoplado al inversor y a un dispositivo de conmutación o desvío. El dispositivo de control puede controlar el dispositivo de conmutación o desvío de tal manera que una segunda porción de la potencia eléctrica generada se conduzca total o parcialmente desde al menos una instalación de energía eólica al consumidor o al inversor. El dispositivo de control presenta preferentemente una unidad de evaluación correspondiente, que puede formar parte total o parcialmente de un programa de control común y que realiza correspondientemente la evaluación de al menos un estado de red.
El consumidor eléctrico es un dispositivo de conversión para convertir la potencia eléctrica, es decir, la segunda porción de la potencia eléctrica que se le suministra, en otra forma de energía. Como consumidor eléctrico se propone en particular un dispositivo de conversión que, con ayuda de la potencia eléctrica suministrada, genera un gas, como por ejemplo hidrógeno y/o metano o un líquido.
Se propone que la disposición de alimentación tenga un acumulador eléctrico para almacenar una tercera porción de la potencia eléctrica generada por la instalación de energía eólica y/o que la disposición de alimentación tenga un inversor con un circuito intermedio de tensión continua, que generalmente lleve a cabo la alimentación de la primera porción de potencia eléctrica, y con ello, llegado el caso, la totalidad de la potencia eléctrica generada por la instalación de energía eólica, a la red de suministro eléctrico. Por supuesto, se pueden proporcionar otros componentes, como una estrangulación de línea, que resultan familiares para los expertos en la técnica.
Según la invención se propone además un parque eólico que comprende varias instalaciones de energía eólica y un sistema de alimentación como en uno de los ejemplos de realización descritos anteriormente. El parque eólico comprende así varias instalaciones de energía eólica, al menos un medio de alimentación, como por ejemplo un inversor, y un consumidor, en particular un dispositivo de conversión. Por tanto, este parque eólico puede generar una gran cantidad de potencia eléctrica. Dependiendo del número y tamaño de las instalaciones de energía eólica, el parque eólico puede tener incluso el tamaño de una gran central eléctrica. Éste se hace funcionar preferentemente con un consumidor correspondientemente grande, en particular en combinación con un dispositivo de conversión, que representa una gran parte de la potencia eléctrica generada, preferentemente más del 5% de la potencia nominal del parque eólico, más del 10%, más del 20%, o preferentemente más del 50% de la potencia nominal del parque eólico, en particular para producir un gas tal como hidrógeno o metano.
Se señala, tanto en relación con el parque eólico propuesto como en relación con sólo una o unas pocas instalaciones de energía eólica, que es deseable que el dispositivo de conversión convierta la segunda porción de la potencia eléctrica suministrada en otra fuente de energía tal como hidrógeno o metano con la menor pérdida posible, pero la idea básica de la invención no depende de ello. Hay que tener en cuenta que hoy en día la estabilidad de la red es de gran importancia, lo que justifica ciertas pérdidas de potencia eléctrica generada. Además, el dispositivo de conversión funciona especialmente cuando la demanda de potencia eléctrica en la red es baja, por ejemplo, por la noche. Sin embargo, una demanda de energía baja también suele conducir a un precio de la electricidad más bajo, de modo que una conversión con poca eficiencia en momentos en que los precios de la electricidad son bajos puede conducir a un resultado global positivo si la otra forma de energía se reconvierte en momentos en que la demanda es alta y por lo tanto cuando los precios de la electricidad son altos. O cuando la energía vuelve a estar disponible a precios elevados, de modo que cualquier pérdida por mala eficiencia se reduzca o, en el caso óptimo, no se produzca.
Sin embargo, es particularmente importante que, en caso de un aumento en la demanda de potencia en la red, particularmente en el caso de un aumento rápido o incluso repentino en el requerimiento de potencia en la red, la invención permite la posibilidad de aumentar inmediatamente la potencia alimentada.
La invención se explica a continuación con más detalle utilizando ejemplos de realización con referencia a las figuras adjuntas.
Fig. 1 muestra una instalación de energía eólica en una vista esquemática.
Fig. 2 muestra esquemáticamente una disposición de alimentación en una vista general simplificada.
Fig. 3 muestra un diagrama para ilustrar las distribuciones de energía.
La Fig. 1 muestra una instalación de energía eólica 100 con una torre 102 y una góndola 104. En la góndola 104 está dispuesto un rotor 106 con tres palas de rotor 108 y un spinner 110. Durante la operación, el viento hace que el rotor 106 gire y por lo tanto acciona un generador en la góndola 104.
La Fig. 2 muestra una disposición de alimentación 1 con una instalación de energía eólica 2, un medio de alimentación 4, un consumidor eléctrico 6, que aquí está configurado como dispositivo de conversión 6, un acumulador eléctrico 8 y un dispositivo de control 10, que aquí está representado como microcontrolador 10.
Cuando funciona según un modo de operación en el que hay suficiente viento, la instalación de energía eólica 2 genera una tensión eléctrica alterna a través del generador 12, que es impulsada por el viento sobre el rotor aerodinámico 14. Esta tensión alterna generada se alimenta a un rectificador 16, que genera una tensión continua a partir del mismo, que se alimenta a un bloque de distribución 18. Este bloque de distribución 18 debe entenderse en particular como una representación simbólica de la distribución de potencia que se describe a continuación. En la práctica, la distribución de potencia que se representa con este bloque de distribución 18 también puede prescindir de la configuración física de dicho bloque de distribución 18.
En cualquier caso, la Fig. 2 ilustra con el bloque de distribución 18 que toda la potencia eléctrica generada por la instalación de energía eólica 2 se le suministra inicialmente. En este caso se desprecian las posibles pérdidas que puedan producirse, por ejemplo, en el rectificador 16. Por lo tanto, toda la potencia eléctrica P<0>generada por la instalación de energía eólica 2 está disponible en la entrada de distribución 20. Toda esta potencia eléctrica P<0>se divide ahora en la primera porción o primera potencia parcial P<1>, la segunda porción o segunda potencia parcial P<2>y la tercera porción o tercera potencia parcial P<3>. En consecuencia, se aplica la ecuación Pü=P-i+P<2>+P<3>. En primer lugar, se parte de que las potencias parciales primera, segunda y tercera P<1>, P<2>y P<3>no son en cada caso iguales a 0 y, en consecuencia, los interruptores parciales primero, segundo y tercero S<1>, S<2>y S<3>representados simbólicamente y asignados a las respectivas potencias parciales están cerrado.
La primera potencia parcial Pi se suministra así al medio de alimentación 4, concretamente al inversor 4. Para ello, el inversor 4 genera una corriente alterna correspondiente para alimentar la red de suministro eléctrico 22, que en lo sucesivo también se denominará red 22 para simplificar. En el ejemplo mostrado en la Fig. 2 también se muestra un transformador 24, que puede transformar la tensión alterna generada por el inversor 4 a un valor de tensión más alto si, por ejemplo, se alimenta a una red de media tensión. Este transformador 24 no es particularmente importante, pero ilustra que la disposición de alimentación 1 y con ello la instalación de energía eólica 2 no sólo en una red de baja tensión, que normalmente también es una red pequeña, sino también, por ejemplo, en una red de media tensión y, por lo tanto, puede alimentarse una red correspondientemente grande. En principio, también es posible alimentar una red de alta tensión, especialmente si se planea un parque eólico de gran potencia y también dependiendo del tipo de red que se encuentre en el lugar de instalación.
La segunda potencia parcial P<2>se suministra al dispositivo de conversión 6, que de este modo puede generar o convertir un gas que puede alimentarse a una red de gas o similar. Para representar esto, una red de gas o línea de gas 26 se denomina GAS-L y un almacenamiento de gas o tanque de gas 28 se denomina GAS-T. En principio, un tanque de gas 28 o varios tanques de gas pueden formar parte de la red de gas 26.
La tercera potencia parcial P<3>se suministra a un acumulador eléctrico 8 para cargarlo. El acumulador eléctrico 8 está representado aquí como un acumulador de batería, que puede presentar varios bancos de almacenamiento. Sin embargo, también se pueden considerar otros acumuladores, como, por ejemplo, bancos de condensadores, que al menos se pueden proporcionar adicionalmente. La tercera potencia parcial P<3>también puede volverse básicamente negativa, de modo que se extrae energía del acumulador eléctrico 8. Esto se ilustra mediante la doble flecha 30, mientras que una única flecha 32 ilustra tanto para la primera potencia P<1>como para la segunda potencia P<2>que la potencia sólo fluye al inversor 4 o al dispositivo de conversión 6, aunque el dispositivo de conversión 6 básicamente se puede realizar de manera bidireccional.
Preferiblemente, el inversor 4 también es apto para FACTS y/o puede realizar tareas STATCOM. Ambas abreviaturas son conocidas en el ámbito de la tecnología de redes y significan:
FACTS: Sistema de transmisión CA flexible (Flexible AC-Transmission System)
STATCOM: Compensador síncrono estático (Static Synchronous Compensator)
Por lo tanto, el inversor 4 está preparado no sólo para alimentar potencia eléctrica a la red de suministro eléctrico 22, sino también para influir en su calidad, en particular influyendo en el ángulo de fase de la potencia suministrada. Cabe mencionar en este punto que la invención se basa fundamentalmente en una red de suministro eléctrico que no representa una red insular. Existen requisitos especiales para las redes insulares, en particular en lo que respecta a las especificaciones e indicadores de frecuencia, así como a las opciones de intervención en materia de estabilidad de la red.
El dispositivo de control 10 está previsto para controlar el inversor 4, el dispositivo de conversión 6, el acumulador eléctrico 8 y el bloque de distribución 18 o su funcionalidad. El dispositivo de control 10 proporciona un sistema de control de nivel superior, que proporciona unos objetivos de regulación o de control de nivel superior en particular al inversor 4, al dispositivo de conversión 6 y al acumulador eléctrico 8. en relación en particular a la distribución de potencia. En particular, el valor específico de la primera potencia parcial P<1>, la segunda potencia parcial P<2>y la tercera potencia parcial P<3>se pueden implementar cada uno mediante un control o regulación interna del inversor 4, el dispositivo de conversión 6 y el acumulador eléctrico 8. El bloque de distribución 18 puede controlar opcionalmente la posición del interruptor de los tres interruptores S<1>, S<2>y S<3>.
El dispositivo de control 10 puede utilizar para este control superior una de las líneas de control 34 o 36. Como se muestra en la Fig. 2, la primera línea de control 34 se extiende hasta el bloque de distribución 18 y la segunda línea de control 36 se extiende hasta el inversor 4 y desde allí se conecta en bucle al dispositivo de conversión 6 y al acumulador eléctrico 8. La tipología específica de las líneas de control se puede implementar básicamente de forma arbitraria y de forma conocida mediante topologías conocidas.
Para detectar al menos su estado de red de la red de suministro 22 está prevista además una línea de datos de red 38, a través de la cual el dispositivo de control recibe informaciones como, por ejemplo, la frecuencia o la amplitud de tensión de la tensión de red de la red 22. Se pueden suministrar datos adicionales al dispositivo de control 10 a través de una línea de datos de entrada 40, en particular datos de una unidad externa como un operador de red o una unidad de evaluación central para evaluar la demanda actual del consumidor. El bloque 42 se muestra como representativo de dicha y otras unidades de evaluación externa y se designa EXT como representante de una unidad externa.
En principio, la primera y segunda línea de control 34, 36, la línea de datos de red 38 y la línea de datos de entrada 40 pueden transmitir diferentes señales y el dispositivo de control 10 puede, por tanto, tanto recibir como enviar señales. La dirección de información primaria de la primera y segunda líneas de control 34, 36 es desde el dispositivo de control 10 a los respectivos dispositivos conectados, a saber, el inversor 4, el dispositivo de conversión 6, el acumulador eléctrico 8 y el bloque de distribución 18. En el caso de la línea de datos de red 38 y la línea de datos de entrada 40, la dirección de la información es en particular hacia el dispositivo de control 10. Sin embargo, por ejemplo, también se puede suministrar información desde el inversor 4 al dispositivo de control 10. Esta información puede representar tanto estados específicos del inversor 4 como, si es necesario, contener información de la red, concretamente si el propio inversor 4 dispone de medios de medición adecuados para los estados de red, lo que se menciona aquí para mayor exhaustividad.
Si el dispositivo de control 10 determina ahora que existe una necesidad de desvío de potencia, es decir, un cambio en la distribución de potencia de las potencias parciales P<1>, P<2>y P<3>, inicialmente es posible enviar esta información o comandos de control correspondientes a las unidades relevantes, concretamente, en particular, el inversor 4, el dispositivo de conversión 6, el acumulador eléctrico 8 y el bloque de distribución 18. En función de esto, el dispositivo de conversión 6 puede reducir su potencia, de modo que la segunda potencia parcial P<2>se reduzca, eventualmente se reduzca a cero. En consecuencia, el acumulador eléctrico 8 puede reducir su consumo de energía, es decir, reducir la disminución de la tercera potencia parcial P<3>, si es necesario invertirla, de modo que el acumulador eléctrico entregue energía.
Otra variante o variante adicional es que el bloque de distribución 18 abra el segundo interruptor S<2>y luego reduzca inmediatamente la segunda potencia parcial P<2>a 0. El tercer interruptor S<3>también se puede abrir para reducir inmediatamente la potencia suministrada al acumulador eléctrico 8 a cero. Naturalmente, aquí el primer interruptor S<1>está cerrado.
Para disponer de energía adicional para la alimentación desde el acumulador eléctrico 8, se puede volver a cerrar el tercer interruptor S<3>. Respecto al acumulador eléctrico hay que mencionar que, a diferencia del dispositivo de conversión 6, en funcionamiento continuo absorbe básicamente poca o ninguna potencia, al fin y al cabo, el acumulador eléctrico sólo puede absorber potencia hasta que esté cargado al máximo.
Por tanto, el dispositivo de conversión eléctrica 6 tiene un significado diferente al del acumulador eléctrico 8 y, por tanto, se sugiere un manejo adecuado. Por lo tanto, la funcionalidad se puede describir básicamente mediante un concepto que inicialmente ignora el acumulador eléctrico 8. Desde este punto de vista, el tercer interruptor S<3>estaría abierto y la tercera potencia parcial P<3>= 0.
El dispositivo de conversión 6 trabaja preferentemente en funcionamiento continuo, por ejemplo, requiriendo aproximadamente el 50% de la potencia eléctrica generada por la instalación de energía eólica 2 en funcionamiento continuo y generando continuamente gas u otro portador de energía. En este ejemplo, la segunda potencia parcial P<2>es el 50% de la potencia eléctrica total P<0>proporcionada. En consecuencia, la primera potencia parcial P<1>es el 50% de la potencia total P<0>. Si, por razones de simplicidad, aunque este sea el caso más raro dependiendo de la ubicación de la instalación de energía eólica 2, se parte del viento nominal y, por tanto, de la potencia nominal, entonces, por ejemplo, una instalación de energía eólica 2 de 2 MW puede proporcionar 2 MW de potencia como P<0>, de los cuales 1 MW se alimenta como primera potencia parcial P<1>desde el inversor 4 en la red 22. Al mismo tiempo, el dispositivo de conversión recibe 1 MW para generar gas. Desde la perspectiva de la red de suministro eléctrico 22, existe por tanto una instalación de energía eólica de 1MW que alimenta a la red.
Si la necesidad de potencia eléctrica en la red 22 aumenta repentina o gradualmente, esta fuente de energía de 1 MW puede aumentar su potencia, concretamente hasta 2 MW en el ejemplo. De hecho, no hay ningún aumento en la potencia porque la instalación de energía eólica todavía genera 2<M w ,>pero desde la perspectiva de la red sí hay un aumento en la potencia. Este aumento de potencia se puede realizar de forma permanente, ya sea durante unos segundos, unos minutos, unas horas, días o semanas, porque el dispositivo de conversión 6 está diseñado de tal manera que se puede prescindir de, o puede reducirse, en cualquier momento, la producción de gas u otras producciones al menos.
Además, el inversor 4 puede seguir suministrando el 1 MW mencionado a modo de ejemplo a la red 22 cuando la velocidad del viento disminuye. En el ejemplo mencionado, la velocidad del viento puede disminuir hasta tal punto que la instalación de energía eólica 2 sólo genera la mitad de la potencia nominal, es decir, 1 MW. En este caso todavía se puede inyectar 1 MW de potencia a la red 22 desde el inversor 4, es decir, si en este caso no se suministra más potencia al dispositivo de conversión 6.
Para ello también se puede utilizar el acumulador eléctrico 8, que, dependiendo del dimensionado de la capacidad de almacenamiento, es especialmente adecuado para proporcionar potencia eléctrica adicional para la alimentación durante un periodo de tiempo relativamente corto.
El concepto descrito es particularmente fácil de implementar porque la distribución de energía, es decir, la distribución de la potencia total P<0>en la primera, segunda y tercera potencia parcial P<1>, P<2>y P<3>, se realiza en el nivel de tensión continua y en particular se suma al inversor 4 directamente a su circuito intermedio de tensión continua. La modificación de la primera potencia parcial P<1>, que de este modo fluye directamente al circuito intermedio de tensión continua del inversor 4, en principio sólo se nota porque aumenta la corriente que fluye hacia el circuito intermedio de tensión continua. La tensión del circuito intermedio de tensión continua puede permanecer esencialmente igual.
El diagrama de la Fig. 3 ilustra las curvas de potencia P en el tiempo t. El ejemplo aquí es una disposición de alimentación que incluye una instalación de energía eólica WEA y un consumidor, es decir, un dispositivo de conversión para generar metano. Para la realización aquí considerada no está previsto o no se tiene en cuenta un acumulador eléctrico.
El diagrama supone una situación en la que la instalación de energía eólica produce esencialmente una potencia P<wea>constante. Una primera porción de esta potencia P<wea>se alimenta inicialmente a una red de suministro eléctrico como PNet y la segunda porción restante PMeth se alimenta al dispositivo de conversión. Aquí se desprecian las pérdidas. En el instante tx, de repente se da un aumento de la demanda de potencia a alimentar PNet y la segunda porción PMeth se reduce, en concreto se reduce a cero en el ejemplo mostrado, de modo que esta porción se pueda sumar a la potencia alimentada en PNet. PNet aumenta en consecuencia y alcanza el valor de la potencia generada P<wea>. Por lo tanto, la potencia alimentada PNet se puede aumentar repentinamente hasta este valor más alto utilizando el procedimiento propuesto. Este aumento de potencia PNet también se puede mantener a largo plazo siempre que haya suficiente viento.

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. Procedimiento para controlar una disposición de alimentación (1) para aumentar la alimentación de potencia eléctrica de la disposición de alimentación (1) a una red de suministro eléctrico (22), donde la disposición de alimentación (1) comprende una instalación de energía eólica (2) con un rectificador (16), un consumidor eléctrico y un acumulador eléctrico (8), que están conectados a través de una tensión continua generada por el rectificador (16) en un bloque de distribución (18), donde la disposición de alimentación (1) está conectada a la red de suministro eléctrico (22) mediante un transformador (24),
que comprende los pasos:
- generar potencia eléctrica (P<0>) con la instalación de energía eólica (2) a partir del viento,
- alimentar una primera porción (P<1>) de la potencia eléctrica generada (P<0>) a la red de suministro eléctrico (22), - suministrar una segunda porción (P<2>) de la potencia eléctrica generada (P<0>) al consumidor eléctrico (6) para consumir la segunda porción suministrada (P<2>) de la potencia eléctrica generada (P<0>),
- suministrar una tercera porción (P<3>) de la potencia eléctrica generada (P<0>) al acumulador eléctrico (8), -donde, dependiendo de al menos un estado de red monitorizado, la segunda porción (P<2>) de la potencia eléctrica generada (P<0>) suministrada al consumidor (6) se reduce total o parcialmente y la primera porción (P<1>) de la potencia eléctrica (P<0>) alimentada a la red de suministro eléctrico (22) aumenta correspondientemente,
donde, dependiendo de al menos un estado de red monitorizado, la tercera porción (P<3>) de la potencia eléctrica generada (P<0>) suministrada al acumulador eléctrico (8) se reduce total o parcialmente y la primera porción (P<1>) de la potencia eléctrica (P<0>) alimentada a la red de suministro eléctrico (22) aumenta correspondientemente,
donde el consumidor eléctrico es un dispositivo de conversión (6) para convertir la potencia eléctrica (P<2>) en otra forma de energía,
donde el bloque de distribución (18) sirve para distribuir potencia en un plano de tensión continua,
donde el transformador transforma una tensión alterna a un valor de tensión más alto, y
donde la monitorización de al menos un estado de red comprende uno de la lista
- monitorizar la frecuencia en la red de suministro eléctrico (22),
- monitorizar la tensión en la red de suministro eléctrico (22),
- monitorizar el cambio de frecuencia de la red de suministro eléctrico (22).
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado por que
el consumidor eléctrico (6) es un aparato de conversión (6) que genera un gas o un líquido como portador de energía.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2,
caracterizado por que
- dependiendo del al menos un estado de red monitorizado, se extrae potencia eléctrica del acumulador de energía eléctrica y se alimenta a la red de suministro eléctrico (22).
4. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado por que
la monitorización de al menos un estado de red comprende
- la evaluación de una señal externa o
- la determinación una demanda actual de potencia eléctrica de la red de suministro (22).
5. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado por que
- la segunda porción (P<2>) de la potencia eléctrica generada (P<0>) suministrada al consumidor (6) se complementa completamente con la primera porción (P<1>) de la potencia eléctrica (P<0>) alimentada a la red de suministro eléctrico (22), de manera que la segunda porción (P<2>) de la potencia eléctrica generada (P<0>) se desvía mediante una operación de conmutación de manera que esté disponible junto con la primera porción (P<1>) para alimentarse a la red de suministro eléctrico (22).
6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado por que
- la, o una, tercera porción (P<3>) de la potencia eléctrica generada (P<0>) alimentada al, o a un, acumulador eléctrico (8) se complementa completamente con la primera porción (P<1>) de la potencia eléctrica (P<0>) alimentada al suministro eléctrico red (22), de manera que la tercera porción (P<3>) de la potencia eléctrica generada (P<0>) se desvía mediante una operación de conmutación de manera que esté disponible junto con la primera porción (P<1>) para alimentar a la red de suministro eléctrico (22).
7. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado por que
la disposición de alimentación (1) comprende un inversor (4) con un circuito intermedio de tensión continua y la primera y segunda porción de la potencia eléctrica (P<0>) se desvía total o parcialmente de tal manera que se alimenta directamente al circuito intermedio de tensión continua.
8. Disposición de alimentación (1) para alimentar potencia eléctrica (6) a una red de suministro eléctrico (22), que comprende
- una instalación de energía eólica (2) para generar potencia eléctrica (P<0>),
- un medio de alimentación (4) para alimentar al menos una primera porción (P<1>) de la potencia eléctrica (P<0>) generada por la instalación de energía eólica (2) a la red de suministro eléctrico (22),
- un consumidor eléctrico (6) para consumir al menos una segunda porción (P<2>) de la potencia eléctrica (P0) generada por la instalación de energía eólica (2),
- un acumulador eléctrico (8) para suministrar una tercera porción (P<3>) de la potencia eléctrica (P<0>) generada por la instalación de energía eólica (2), y
- un dispositivo de control (10) para controlar la disposición de alimentación (1), para controlar un flujo de potencia, donde la disposición de alimentación (1) está conectada a la red de suministro eléctrico (22) mediante un transformador (24),
donde la instalación de energía eólica está conectada al consumidor eléctrico (6) y al acumulador eléctrico (8) a través de una tensión continua generada por el rectificador (16) en un bloque de distribución (18) y el bloque de distribución (18) sirve para la distribución de potencia en un plano de tensión continua,
donde el consumidor eléctrico es un dispositivo de conversión (6) para convertir la potencia eléctrica (P<2>) en otra forma de energía, donde el transformador transforma una tensión alterna a un valor de tensión más alto, y
donde el dispositivo de control (10) está configurado para realizar un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7.
9. Disposición de alimentación (1) según la reivindicación 8, que comprende un inversor (4) con un circuito intermedio de tensión continua para alimentar la primera porción (P<1>) de la potencia eléctrica (P<0>) a la red de suministro eléctrico (22).
10. Parque eólico que comprende una pluralidad des instalaciones de energía eólica (2) y una disposición de alimentación (1) según cualquiera de las reivindicaciones 8 y 9.
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