ES2960548T3

ES2960548T3 - Soporte de frecuencia de una central eléctrica con una unidad de almacenamiento eléctrico

Info

Publication number: ES2960548T3
Application number: ES20761741T
Authority: ES
Inventors: Mads Rajczyk Skjelmose; Kouroush Nayebi; Henrik Møller
Original assignee: Vestas Wind Systems AS
Current assignee: Vestas Wind Systems AS
Priority date: 2019-08-30
Filing date: 2020-08-20
Publication date: 2024-03-05
Anticipated expiration: 2040-08-20
Also published as: CN114303295A; EP4022735A1; EP4022735C0; US20220224118A1; WO2021037320A1; EP4022735B1

Abstract

La invención se refiere a un método para controlar una planta de energía (100) para proporcionar soporte de frecuencia a una red eléctrica. La planta de energía comprende una unidad de almacenamiento eléctrico (150) y un sistema de generación de energía (110) que comprende una o más unidades de generación de energía (101) que incluyen al menos un generador de turbina eólica (102). El método comprende establecer un período de control de frecuencia, en el que la unidad de almacenamiento eléctrico está programada para cargarse o descargarse según un primer punto de ajuste de potencia y al inicio del período de control de frecuencia, cargar o descargar la unidad de almacenamiento eléctrico según el conjunto de energía. -punto. En caso de una desviación de frecuencia, se determina un cambio de potencia de la energía de la unidad de almacenamiento eléctrico basándose en la desviación de frecuencia. El soporte de frecuencia se proporciona controlando la unidad de almacenamiento eléctrico para que se cargue o descargue de acuerdo con un segundo punto de ajuste de potencia determinado a partir del cambio de potencia. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Soporte de frecuencia de una central eléctrica con una unidad de almacenamiento eléctrico

Campo de la invención

La invención se refiere al control de centrales eléctricas, particularmente centrales eléctricas que tienen una o más turbinas eólicas y para controlar los sistemas de almacenamiento de energía de la central eléctrica, particularmente para proporcionar soporte de frecuencia de la red eléctrica.

Antecedentes de la invención

Las unidades de almacenamiento electrónico, tal como los sistemas de almacenamiento de energía de batería, se pueden usar para complementar la producción de energía de las centrales eléctricas, tal como las centrales eléctricas renovables, p. ej., centrales eléctricas de turbinas eólicas. Igualmente, los sistemas de almacenamiento de energía de batería pueden almacenar el exceso de producción de energía de la central eléctrica. La capacidad de los sistemas de almacenamiento de energía para almacenar y suministrar energía se puede usar para soportar las desviaciones de frecuencia de la red mediante el almacenamiento o el suministro de energía desde/hacia la red eléctrica cuando la frecuencia de la red se desvía de un rango de frecuencia permitido.

El documento EP 2921 698A1 divulga un sistema para el control de generación automática en un parque eólico. El sistema incluye un controlador de parque eólico para controlar la pluralidad de elementos de almacenamiento de energía. El controlador del parque eólico recibe un punto de referencia de control de generación automática de un operador del sistema independiente, genera un punto de referencia de energía de almacenamiento a nivel del parque para el parque eólico basado en el punto de referencia de control de generación automática, genera puntos de referencia de energía de almacenamiento individuales para la pluralidad de elementos de almacenamiento de energía en función de los estados de carga de los elementos de almacenamiento de energía respectivos, y controla la pluralidad de elementos de almacenamiento de energía en función de los puntos de referencia de energía de almacenamiento individuales para despachar energía de almacenamiento para realizar el control de generación automática. El parque eólico puede controlarse para suministrar energía adicional para soportar un error de frecuencia basado en una referencia de energía del parque eólico.

Entre otras técnicas anteriores relevantes se encuentran los documentos US 2018/062389 A1, US 2010/090532 A1, JP 2007 060742 A, US 2016/268802 A1, EP 3188337 A1, EP 2139090 A1. Particularmente, el documento de la técnica anterior US2018/062389A1 divulga el preámbulo de las reivindicaciones independientes 1 y 2.

Sumario

Es un objeto de la invención mejorar el control de las centrales eléctricas para paliar uno o más de los problemas mencionados anteriormente y, por lo tanto, proporcionar un método que mejore el soporte de frecuencia de la red eléctrica.

En un primer aspecto de la invención, se proporciona un método para controlar una central eléctrica de acuerdo con la reivindicación 1 y 2.

Ventajosamente, programando la carga y descarga de la unidad de almacenamiento eléctrico dentro de un período de control de frecuencia predeterminado, iniciando la carga o descarga de acuerdo con el primer punto de referencia de energía, es posible mejorar la utilización del sistema de almacenamiento eléctrico para proporcionar soporte de frecuencia. Es decir, con una carga inicial en un período de soporte de frecuencia planificado, una situación de baja frecuencia puede soportarse por la capacidad de energía de la unidad de almacenamiento eléctrico, es decir, la capacidad de la unidad de almacenamiento eléctrico para proporcionar un cambio de energía suministrada a la red, p. ej., cambiando de energía de carga a energía de descarga. De acuerdo con una realización, en caso de que la frecuencia de red exceda una segunda frecuencia de red ubicada por encima o por debajo de la primera frecuencia de red, lo que da como resultado una segunda desviación de frecuencia dentro del período de control de frecuencia, se determina un segundo cambio de energía, se determina un tercer punto de referencia de energía en función del segundo cambio de energía determinado, y se proporciona soporte de frecuencia controlando la unidad de almacenamiento eléctrico para invertir la carga para descargar la unidad de almacenamiento eléctrico, o viceversa, de acuerdo con el tercer punto de referencia de energía.

Ventajosamente, invirtiendo la dirección de carga, es posible un cambio máximo de la energía suministrada a la red eléctrica cuando la unidad de almacenamiento eléctrico está preconfigurada para carga o descarga.

De acuerdo con una realización, un valor máximo del segundo cambio de energía viene dado por la suma del primer punto de referencia de energía y una energía nominal de carga o descarga. Es decir, invirtiendo la dirección de carga e inicialmente cargando o descargando con la energía nominal de carga o descarga, el cambio de la energía suministrada a la red eléctrica se puede maximizar hasta dos veces la magnitud de la energía nominal de carga o descarga.

En una realización, proporcionar el soporte de frecuencia está condicionado a un nivel de estado de carga de la unidad de almacenamiento eléctrico. Ventajosamente, el uso de la batería electrónica para proporcionar soporte de frecuencia puede estar prohibido si el estado de carga es demasiado alto o demasiado bajo.

En una realización, establecer el período de control de frecuencia comprende

- programar la unidad de almacenamiento eléctrico para cargar de acuerdo con un primer punto de referencia de energía y programar la unidad de almacenamiento eléctrico para descargar dentro del período de control de frecuencia en caso de que la primera o segunda desviación de frecuencia indique una baja frecuencia de la red, o - programar la unidad de almacenamiento eléctrico para descargar de acuerdo con un primer punto de referencia de energía y programar la unidad de almacenamiento eléctrico para cargar dentro del período de control de frecuencia en caso de que la primera o segunda desviación de frecuencia indique una sobrefrecuencia de la red.

Ventajosamente, programando si la unidad de almacenamiento electrónico debe cargarse o descargarse, p. ej., debido a una sobrefrecuencia o baja frecuencia pronosticada, es posible revertir la carga a la descarga, o viceversa, y así maximizar el cambio de energía que se puede suministrar a la red eléctrica.

En una realización de la invención, el método comprende:

- pronosticar un período de tiempo en donde la central eléctrica sea capaz de generar una energía de producción de la central superior a la energía de producción de la central requerida planificada, y

- establecer el período de control de frecuencia dentro del período de tiempo pronosticado, en donde la unidad de almacenamiento eléctrico está programada para cargarse de acuerdo con el primer punto de referencia de energía.

Ventajosamente, el exceso de energía pronosticado se puede usar para cargar la unidad de almacenamiento electrónico. El exceso de energía pronosticado se puede usar para una carga programada con una energía determinada que proporcione la capacidad de energía de la unidad de almacenamiento eléctrico para soportar un evento de baja frecuencia, p. ej., pasando de una energía de carga a una energía de descarga.

En otra realización de la invención, el método comprende:

- pronosticar un período de tiempo en donde la central eléctrica está programada para generar una energía de producción de la central que es inferior a la energía de producción de la central requerida planificada, y

- establecer el período de control de frecuencia dentro del período de tiempo pronosticado, en donde la unidad de almacenamiento eléctrico está programada para descargarse de acuerdo con el primer punto de referencia de energía.

Ventajosamente, la situación de baja energía pronosticada se puede usar para descargar la unidad de almacenamiento electrónico. La descarga se puede usar para soportar un evento de sobrefrecuencia, si dicho evento ocurre simultáneamente o se superpone al período de baja energía.

De acuerdo con una realización, el método comprende complementar el cambio de energía determinado con un cambio de energía del generador de energía generada por el sistema de generación de energía. Ventajosamente, si el cambio de energía que está disponible en la unidad de almacenamiento electrónico es insuficiente, un cambio de energía generada por el sistema de generación de energía puede complementar la unidad de almacenamiento electrónico.

De acuerdo con una realización, se invoca la complementación del cambio de energía determinado con el cambio de energía del generador en caso de que el cambio de energía de la unidad de almacenamiento electrónico sea insuficiente para lograr el cambio de energía determinado.

Un segundo aspecto de la invención se refiere a un controlador central para controlar una central eléctrica para proporcionar soporte de frecuencia a una red eléctrica, la central eléctrica comprende una unidad de almacenamiento eléctrico y un sistema de generación de energía que comprende una o más unidades de generación de energía que incluyen al menos un generador de turbina eólica, donde el sistema de generación de energía está conectado a una red eléctrica para suministrar energía a la red eléctrica, y en donde la unidad de almacenamiento eléctrico está conectada eléctricamente con el sistema de generación de energía y se puede controlar para cargar o descargar dependiendo de un punto de referencia de energía, y donde el controlador central está dispuesto para realizar el método de acuerdo con el primer aspecto.

Un tercer aspecto de la invención se refiere a una central eléctrica que comprende una pluralidad de unidades de generación de energía que incluyen al menos un generador de turbina eólica y el controlador central de acuerdo con el segundo aspecto.

Un cuarto aspecto de la invención se refiere a un producto de programa informático que comprende un código de software adaptado para controlar una central eléctrica cuando se ejecuta en un sistema de procesamiento de datos, adaptándose el producto de programa informático para realizar el método del primer aspecto.

En general, los diversos aspectos y realizaciones de la invención pueden combinarse y acoplarse de cualquier manera posible dentro del alcance de la invención. Estos y otros aspectos, características y/o ventajas de la invención se pondrán de manifiesto y se elucidarán a partir de y con referencia a las realizaciones que se describen a continuación.

Breve descripción de los dibujos

Se describirán realizaciones de la invención, tan solo a modo de ejemplo, haciendo referencia a los dibujos, en los que

la figura 1 muestra una central eléctrica que incluye una unidad de almacenamiento electrónico y una pluralidad de unidades de generación de energía y turbinas eólicas,

la figura 2 ilustra un ejemplo de función de frecuencia-energía,

la figura 3 ilustra las etapas del método de una realización,

la figura 4 muestra un ejemplo donde el período de control de frecuencia está programado para cargar y soportar un evento de baja frecuencia, y

la figura 5 muestra ejemplos de soporte de frecuencia durante diferentes períodos de control de frecuencia.

Descripción detallada de las realizaciones

La figura 1 muestra una central eléctrica 100 que comprende un sistema de generación de energía 110 que comprende una o más unidades de generación de energía 101 que incluyen al menos un generador de turbina eólica 102. La central eléctrica 100 comprende además una unidad de almacenamiento eléctrico 150. El sistema de generación de energía 110 y la unidad de almacenamiento eléctrico 150 están conectados a una red eléctrica 160 para suministrar energía a la red eléctrica. La unidad de almacenamiento eléctrico 150 se puede controlar para cargar o descargar dependiendo de un punto de referencia de energía Pset_esu.

En general, las unidades de generación de energía 101 pueden consistir en diferentes tipos de unidades de generación de energía, p. ej., diferentes tipos de unidades de generación de energía renovable tales como unidades de energía solar 103 (p. ej., paneles solares fotovoltaicos) y turbinas eólicas 102. Los diferentes tipos de unidades de generación de energía 101 también pueden incluir unidades de producción de energía basadas en combustibles fósiles, p. ej., motores diésel. De acuerdo con una realización, al menos una de las unidades de producción de energía 101 de la central eléctrica 100 es una turbina eólica. La central eléctrica 100 puede comprender al menos tres unidades de generación de energía 101 del mismo o diferente tipo, es decir, una mezcla, de diferentes tipos de unidades de generación de energía. Por ejemplo, la central eléctrica 100 puede consistir solo en turbinas eólicas 102 y en este caso al menos tres turbinas eólicas 102. En otro ejemplo, la central eléctrica 100 comprende al menos dos turbinas eólicas 102 y al menos una o dos de otras unidades de generación de energía 101.

La central eléctrica 100 está controlada por un controlador central 120. El controlador central 120 está dispuesto para controlar la generación de energía desde las unidades de generación de energía 101 de acuerdo con una referencia de central eléctrica Pplant_ref que define la energía deseada que se suministrará a la red desde la central eléctrica 100. Así mismo, el controlador central 120 está dispuesto para despachar puntos de referencia de energía Pset a las unidades de generación de energía, es decir, puntos de referencia de energía individuales para cada unidad de generación de energía 101 que establece las producciones de energía deseadas. Los puntos de referencia de energía Pset pueden determinarse por el controlador central 110 dependiendo de la referencia de la central eléctrica Pplant_ref de modo que la suma de los puntos de referencia de energía Pset corresponda a la referencia de la central eléctrica Pplant_ref.

Así mismo, el controlador central 120 está dispuesto para determinar puntos de referencia de energía Pset_esu para una o más unidades de almacenamiento eléctrico 150 de manera que una unidad de almacenamiento eléctrico 150 determinada pueda controlarse para cargarse o descargarse con la energía establecida por el punto de referencia de energía Pset_esu.

A lo largo de esta descripción, el término referencia de energía se usa para la energía demandada por la central eléctrica 100, mientras que el punto de referencia de energía se usa para la energía demandada por las unidades de generación de energía individuales 101 y las unidades de almacenamiento eléctrico 150.

El generador de turbina eólica 102 puede comprender una torre y un rotor con al menos una pala de rotor, tal como tres palas. El rotor está conectado a una góndola que está montada en la parte superior de la torre y que está adaptada para accionar un generador ubicado dentro de la góndola. El rotor puede girar por la acción del viento. La energía giratoria inducida por el viento de las palas de rotor se transmite a través de un eje hasta el generador. Por tanto, la turbina eólica es capaz de convertir la energía cinética del viento en energía mecánica gracias a las palas de rotor y, posteriormente, en energía eléctrica por medio del generador. El generador puede incluir un convertidor de energía para convertir la energía de CA del generador en una energía de CC y un inversor de energía para convertir la energía de CC en una energía de CA que se inyectará en una red eléctrica.

El generador de la turbina eólica 102, u otra unidad de generación de energía 101, es controlable para producir energía correspondiente al punto de referencia de energía Pset proporcionado por el controlador central 110. Para turbinas eólicas, la energía de salida se puede ajustar de acuerdo con el punto de referencia de energía ajustando el paso de las palas del rotor o controlando el convertidor de energía para ajustar la producción de energía. Existen posibilidades de ajuste similares para otras unidades de generación de energía 101.

En el presente documento, cualquier referencia a la energía, tal como energía de la central eléctrica Pplant, puntos de referencia de energía Pset, energía producida Pprod puede definir niveles de energía activa, reactiva o aparente. De acuerdo con una realización, dichos niveles de energía, tal como Pplant, Pset, Pprod y otros niveles de energía relacionados son niveles de energía activa.

En una realización, una energía pronosticada Pplant_f que la central eléctrica es capaz de producir puede pronosticarse para un período de tiempo futuro. La energía pronosticada Pplant_f se puede determinar en función del clima actual y los pronósticos del tiempo, incluyendo la velocidad del viento para las turbinas eólicas y la cobertura de nubes para las unidades de energía solar, así como otros parámetros meteorológicos que son relevantes para la producción de energía. La energía que una turbina eólica es capaz de producir, es decir, la energía disponible, es la máxima salida de energía posible de una turbina eólica en las condiciones de viento dadas. Por tanto, la energía disponible estará cerca de la salida de energía de acuerdo con la curva de energía optimizada de energía de una turbina específica. La curva de energía usada en el presente documento se entiende como la curva de energía optimizada del Coeficiente de energía (Cp) para la turbina específica. Dicho de otra forma, la curva de energía representa la máxima salida de energía de una turbina en funcionamiento normal en función de la velocidad del viento.

El controlador central 120 puede comprender un componente de frecuencia-energía 121 dispuesto para determinar la energía solicitada Pplant_req para ser suministrada a la red 160 por las unidades de generación de energía 101 y las unidades de almacenamiento eléctrico 150 de acuerdo con una función de frecuencia-energía, p. ej., una función en forma de curva o tabla de consulta que proporciona la demanda de energía en función de la frecuencia. Por tanto, el controlador central 120 puede configurarse para determinar los puntos de referencia de energía Pset, Pset_esu para las unidades de generación de energía 101 y las unidades de almacenamiento eléctrico 150, p. ej., por medio del componente de frecuencia-energía 121. Como alternativa, la referencia de la central eléctrica Pplant_ref proporcionada como entrada al controlador central 120, puede determinarse mediante un componente externo de frecuencia-energía (no mostrado) a través de una función de frecuencia-energía como se ha descrito anteriormente.

Por ejemplo, para frecuencias en un rango permitido desde un umbral de frecuencia inferior fTL por debajo de la frecuencia nominal fn, p. ej., 50 Hz, a un umbral de frecuencia superior fTH por encima de la frecuencia nominal, el componente de frecuencia-energía no afecta a la referencia de energía ni a los puntos de referencia de energía, es decir, la energía solicitada Pplant_req para suministrar a la red 160. Para frecuencias por encima de fTH, la energía solicitada Pplant_req se reduce, p. ej., en función de la frecuencia para reducir la referencia de energía. La disminución de la energía solicitada apoya a la red al ayudar a disminuir la frecuencia de la red de vuelta al rango permitido. Igualmente, para frecuencias por debajo de fTL, se aumenta la energía solicitada Pplant_req, para ayudar a la red a aumentar la frecuencia de vuelta al rango permitido. Por comodidad, el umbral de frecuencia inferior fTL y el umbral de frecuencia superior fTH se denominan comúnmente umbral de frecuencia fT.

La figura 2 ilustra un ejemplo de la función de frecuencia-energía 200 de acuerdo con el ejemplo anterior. La figura 2 muestra una primera desviación de frecuencia Af1 con respecto a la frecuencia nominal fn debido a una primera frecuencia de red f1 que supera el umbral de frecuencia fT, es decir, el umbral de frecuencia inferior o superior fTL, fTH. La función de frecuencia-energía da como resultado un primer cambio de energía AP1 debido a la desviación de frecuencia Af1. Como se muestra, para una segunda desviación de frecuencia mayor Af2 donde la frecuencia de red excede una segunda frecuencia de red f2 ubicada por debajo o por encima de la primera frecuencia de red f1, la energía solicitada Pplant_req se puede aumentar o disminuir aún más (dependiendo del signo de la desviación de frecuencia). Como se muestra, se determina un segundo cambio de energía AP2 en función de la segunda desviación de frecuencia Af2.

La figura 3 ilustra las etapas del método de una realización.

En la etapa 301, se establece un período de control de frecuencia en donde la unidad de almacenamiento eléctrico 150 está programada para cargarse o descargarse. La carga o descarga programada se puede controlar de acuerdo con un primer punto de referencia de energía Pset_esu1. Por consiguiente, se puede usar un sistema de control de retroalimentación para limitar el error entre el primer punto de referencia de energía deseado Pset_esu1 y la carga o descarga real durante el período de control de frecuencia.

El período de control de frecuencia puede definir diferentes escenarios. Por ejemplo, el período de control de frecuencia puede definir un período en el que se prevé que la central eléctrica 100 esté disponible para suministrar soporte de frecuencia a la red eléctrica 160, es decir, estar disponible para aumentar o disminuir la energía, tal como la energía activa, suministrada a la red 160.

La etapa 302 se inicia al comienzo del período de control de frecuencia, en donde se inicia la carga o descarga de la unidad de almacenamiento eléctrico de acuerdo con el primer punto de referencia de energía planificado Pset_esu1. Es posible que el primer punto de referencia de energía Pset_esu1 usado al inicio del período de control de frecuencia pueda modificarse en correspondencia con el primer punto de referencia de energía planificado Pset_esu1, p. ej., debido a los cambios en las condiciones climáticas.

En la etapa 303, si una desviación de frecuencia A fl, Af2 ocurre dentro del período de control de frecuencia, es decir, si la frecuencia de red f supera una primera frecuencia de red f1 situada por encima o por debajo de los respectivos umbrales de frecuencia superior e inferior fTL, fTH, un primer cambio de energía AP1 de la unidad de almacenamiento eléctrico 150 se determina en función de la primera desviación de frecuencia A fl.

En la etapa 304, si se determina un primer cambio de energía AP1 y se necesita soporte de frecuencia, se determina un segundo punto de referencia de energía Pset_esu2 en función del primer cambio de energía AP1.

Es decir, si el cambio de energía requerida AP1, es decir, el cambio de energía Pplant que se suministrará a la red eléctrica 160, es 400 kW, y si el primer punto de referencia de energía planificado Pset_esu1 es -500 kW (un punto de referencia de energía negativa para el esu indica que está cargando), el cambio de energía requerida AP1 se puede lograr estableciendo el segundo punto de referencia de energía Pset_esu2 a -100 kW, reduciendo así la energía de carga Pesu.

En otro ejemplo, si el cambio de energía requerida AP1 es 1000 kW, y si el primer punto de referencia de energía planificado Pset_esu1 es -500 kW, el cambio de energía requerida AP1 se puede lograr estableciendo el segundo punto de referencia de energía Pset_esu2 a 500 kW, cambiando así la energía de carga de -500 kW a una energía de descarga de 500 kW. Esto permite un aumento de 1000 kW de la energía Pplant de la central eléctrica 100.

Por tanto, el segundo punto de referencia de energía Pset_esu2 puede conducir a una reducción en la magnitud de la energía de carga o descarga, o un cambio de carga inicial a descarga o viceversa.

La magnitud y el signo de la desviación de frecuencia Af1, Af2 se pueden pronosticar dentro de un período futuro, p. ej., basado en estadísticas sobre datos históricos. El período futuro pronosticado de la desviación de frecuencia puede usarse para determinar un período de control de frecuencia. Por lo tanto, en una realización, la unidad de almacenamiento eléctrico puede programarse para cargarse o descargarse en el período de control de frecuencia dependiendo del pronóstico de una desviación de frecuencia Af1, Af2, tal como la magnitud y el signo de la desviación de frecuencia.

Por tanto, si la desviación de frecuencia pronosticada o prevista Af1, Af2 indica una baja frecuencia, se puede planificar una carga inicial de la unidad de almacenamiento eléctrico 150 dentro de un período de control de frecuencia, de modo que se pueda usar una energía de descarga máxima para soportar la red. Es decir, si la energía de carga inicial viene dada por Pset_esu1 y la energía de descarga nominal es Pnom_esu (es decir, la energía de carga máxima. En este documento, la energía nominal de carga y descarga se consideran iguales y ambas se denominan Pnom_esu), la energía suministrada inicialmente a la red 160 puede incrementarse rápidamente con APred = Pnom_esu Pset_esu1. Por ejemplo, si la energía de carga inicial es de 500 kW y la energía de descarga nominal es de 500 kW, la energía suministrada inicialmente a la red 160 se puede aumentar rápidamente con 1000 kW, es decir, el doble de la energía de carga inicial. Se aplica lo contrario si la desviación de frecuencia prevista Af1, Af2 indica una sobrefrecuencia. Por tanto, la carga o descarga programada permite que se cambie la energía suministrada a la red eléctrica 160, donde el cambio de energía viene dado por la suma de la energía de carga o descarga inicial Pset_esu1 y la energía de carga o descarga nominal Pnom_esu.

Además de pronosticar desviaciones de frecuencia, se puede predecir la futura energía de producción de la central Pplant_f, p. ej., basado en previsiones meteorológicas. Por tanto, se puede pronosticar un período de tiempo en donde la central eléctrica 100 es capaz de generar una energía de producción de la central Pplant_f que es mayor que la energía de producción de la central requerida planificada Pplant_req_f. En este período de tiempo previsto, la energía adicional que la central eléctrica 100 es capaz de producir en exceso de la energía de producción de la central requerida planificada puede usarse para cargar la unidad de almacenamiento eléctrico 150. Por consiguiente, el período de control de frecuencia puede establecerse en función (p. ej., dentro) del período de tiempo pronosticado en donde la central eléctrica es capaz de producir energía en exceso a la energía requerida planificada, y la unidad de almacenamiento eléctrico puede programarse para cargarse de acuerdo con el primer punto de referencia de energía Pset_esu1 en el periodo de control de frecuencia. Si el período pronosticado de exceso de energía ocurre antes de un período de baja frecuencia de la red eléctrica, o se superpone a dicho período, el exceso de energía de carga puede usarse para satisfacer un primer o segundo cambio de energía determinado AP1, AP2, p. ej., mediante la inversión de la energía de carga a una energía de descarga.

Igualmente, un período de tiempo en donde la central eléctrica 100 está programada para generar una energía de producción de la central Pplant_f que es menor que la energía de producción de la central requerida planificada Pplant_req_f, p. ej., debido a una baja producción de energía disponible pronosticada de las unidades de generación de energía 101, el período de control de frecuencia puede establecerse dentro del período de tiempo pronosticado de producción de baja energía, y la unidad de almacenamiento eléctrico 150 puede programarse para descargarse de acuerdo con el primer punto de referencia de energía Pset_esu1 en el período de control de frecuencia para complementar la producción de baja energía. Si este período previsto de baja energía ocurre antes de un período de sobrefrecuencia de la red eléctrica, o se superpone a dicho período, la energía de descarga puede usarse para satisfacer un primer o segundo cambio de energía determinado AP1, AP2, p. ej., invirtiendo la energía de descarga a una energía de carga.

En la etapa 305, la unidad de almacenamiento eléctrico 150 se controla para cargarse o descargarse de acuerdo con el segundo punto de referencia de energía Pset_esu2 de modo que la central eléctrica 100 ayude en el soporte de frecuencia proporcionada a la red eléctrica 160.

La figura 4 muestra un ejemplo donde el periodo de control de frecuencia F_CTRL está programado para carga y donde el primer periodo de control de frecuencia F_CTRL1 implica soporte de frecuencia.

La curva 402 muestra el estado de carga SoC de la unidad de almacenamiento eléctrico 150 en relación con el nivel de carga de 0 a 100 %. La curva 401 muestra la energía de carga y descarga de la unidad de almacenamiento eléctrico 150 que corresponde al punto de referencia de energía Pset_esu de la unidad de almacenamiento eléctrico 150, tal como el primer y segundo punto de referencia de energía Pset_esu1, Pset_esu2. La curva etiquetada como AP1, AP2 muestra el cambio de energía determinado en respuesta a una desviación de frecuencia, tal como la primera o segunda desviación de frecuencia Af1, Af2.

De t=0 a t1, la unidad de almacenamiento eléctrico 150 se carga y el estado de carga SoC aumenta. De t1 a t2, no hay carga ni descarga. En t2, al comienzo del primer período de control de frecuencia F_CTRL1, se realiza una carga inicial de acuerdo con el primer punto de referencia de energía Pset_esu1. En t3, una desviación de frecuencia da como resultado un cambio de energía, tal como el primer o segundo cambio de energía AP1, AP2. Un segundo o tercer punto de referencia de energía Pset_esu2, Pset_esu3 se determina en función del cambio de energía determinado AP1, AP2. El cambio de energía determinado AP1, AP2 se puede lograr invirtiendo la carga en Pset_esu1 a descarga en Pset_esu2/ Pset_esu3. Durante t3 a t4, el estado de carga SoC se reduce. La desviación de frecuencia termina en t4, por lo que el estado de carga vuelve a aumentar. El primer período de control de frecuencia F_CTRL1 termina en t5. Durante el segundo período de control de frecuencia F_CTRL2, no se produce ninguna desviación de frecuencia y, por lo tanto, la carga continúa durante el segundo período de control de frecuencia.

Como se puede entender a partir de la figura 4, se requiere un cierto nivel del estado de carga SoC para permitir un cambio en la dirección o magnitud de la corriente de carga, o de manera equivalente, un cambio en el signo o la magnitud de la energía de carga Pset_esu. Por tanto, la capacidad de la unidad de almacenamiento eléctrico 150 para proporcionar soporte de frecuencia puede estar condicionada por un nivel de un estado de carga SoC de la unidad de almacenamiento eléctrico. Por ejemplo, se puede requerir un estado de gráfico SoC de al menos 20 % para proporcionar soporte de baja frecuencia mediante la descarga de la unidad de almacenamiento eléctrico 150 durante la desviación de frecuencia. Igualmente, puede ser necesario un estado de carga SoC del 80 % como máximo para proporcionar soporte de sobrefrecuencia mediante la carga de la unidad de almacenamiento eléctrico 150 durante la desviación de frecuencia.

La figura 4 también ilustra un ejemplo donde la frecuencia de red f excede una segunda frecuencia de red f2, que se encuentra por encima de la primera frecuencia de red f1 (véase la figura 2). La segunda desviación de frecuencia Af2=f2-fn da como resultado un segundo cambio de energía AP2 y un tercer punto de referencia de energía set_esu3 que se puede lograr invirtiendo la carga inicial al comienzo del período de control de frecuencia F_CTRL1 para descargar de acuerdo con el tercer punto de referencia de energía Pset_esu3.

Las frecuencias de red primera y segunda f1, f2 son frecuencias arbitrarias donde f1 se usa simplemente como un ejemplo donde la desviación de frecuencia puede no requerir una inversión de la carga, p. ej., desde la carga hasta la descarga, y donde f2 se usa simplemente como un ejemplo donde la desviación de frecuencia puede requerir una inversión de la corriente de carga. Esto no excluye que la primera frecuencia de red f1 no requiera una inversión de la corriente de carga, o que la segunda frecuencia de red f2 requiera una inversión de la corriente de carga. La misma analogía se aplica a la primera y segunda desviación de frecuencia Af1, Af2, y los puntos de referencia de energía segundo y tercero Pset_esu3, Pset_esu3.

En algunos casos, la energía de compensación de la red que se puede suministrar o recibir por las unidades de almacenamiento eléctrico 150 puede ser insuficiente para satisfacer el cambio de energía requerido AP, es decir, cuando el cambio de energía máximo de la unidad de almacenamiento electrónico APesu es insuficiente para lograr el cambio de energía determinado AP1, AP2. Por esta y otras razones, p. ej., se puede priorizar el ahorro de energía almacenada en las unidades de almacenamiento 150, se puede lograr el cambio de energía deseado AP, al menos parcialmente, cambiando la energía del generador Pgen del sistema de generación de energía 110. Por tanto, el cambio de energía deseado AP puede lograrse mediante una combinación de un cambio de energía del generador APgen y un cambio de energía de la unidad de almacenamiento electrónico APesu. El cambio de energía del generador APgen se puede lograr, p. ej., disminuyendo o aumentando la producción de energía de las turbinas eólicas 102.

La figura 5 muestra un ejemplo de soporte de frecuencia durante un primer período de control de frecuencia F_CTRL1, donde la unidad de almacenamiento eléctrico 150 está preestablecida para cargarse de acuerdo con el primer punto de referencia de energía Pset_esu1 que aquí se establece a la energía de carga nominal Pnom_esu. Dentro del primer período de control de frecuencia F_CTRL1, ocurre un evento de baja frecuencia, lo que conduce a un nuevo punto de referencia de energía Pset_esu2. La capacidad máxima de regulación ascendente de la unidad de almacenamiento electrónico 150 es dos veces la energía de carga nominal Pnom_esu, es decir, 2*Pnom_esu. Es decir, dado que el primer punto de referencia de energía Pset_esu1 se establece en una energía de carga máxima de - Pnom_esu, el aumento máximo de energía disponible APesu de la unidad de almacenamiento electrónico 150 es 2*Pnom_esu. Por consiguiente, la energía de la central eléctrica Pplant se puede aumentar a Pplant_pre 2*Pnom_esu, donde Pplant_pre es la energía producida en el período de control de frecuencia antes del inicio del evento de baja frecuencia.

Igualmente, la figura 5 muestra un ejemplo de soporte de frecuencia durante un segundo período de control de frecuencia F_CTRL2, donde la unidad de almacenamiento eléctrico 150 está preestablecida para descargarse de acuerdo con el primer punto de referencia de energía Pset_esu1. Dentro del segundo período de control de frecuencia F_CTRL2, ocurre un evento de sobrefrecuencia, lo que conduce a un nuevo punto de referencia de energía Pset_esu2. La capacidad máxima de regulación descendente de la unidad de almacenamiento electrónico 150 es dos veces la energía de carga nominal Pnom_esu, es decir, 2*Pnom_esu. Es decir, dado que el primer punto de referencia de energía Pset_esu1 se establece en una energía de descarga máxima de Pnom_esu, el aumento máximo de energía disponible APesu de la unidad de almacenamiento electrónico 150 es 2*Pnom_esu. Por consiguiente, la energía de la central eléctrica Pplant se puede reducir a Pplant_pre - 2*Pnom_esu.

Aunque la presente invención se ha descrito en relación con las realizaciones especificadas, no debería interpretarse que está limitada en modo alguno a los ejemplos presentados. La invención está definida por las características de las reivindicaciones independientes 1 y 2. Las realizaciones preferentes se definen en las reivindicaciones dependientes.

En el contexto de las reivindicaciones, las expresiones "que comprende" o "comprende" no excluyen otros posibles elementos o etapas. Por otra parte, la mención de referencias tales como "un" o "una", etc., no debe interpretarse como excluyente de una pluralidad. El uso de signos de referencia en las reivindicaciones con respecto a los elementos indicados en las figuras tampoco se interpretará como una limitación del alcance de la invención. Así mismo, las características individuales mencionadas en diferentes reivindicaciones, posiblemente puedan combinarse ventajosamente, y la mención de estas características en diferentes reivindicaciones no excluye que una combinación de características no sea posible y ventajosa.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un método para controlar una central eléctrica (100) para proporcionar soporte de frecuencia a una red eléctrica, la central eléctrica comprende una unidad de almacenamiento eléctrico (150) y un sistema de generación de energía (110) que comprende una o más unidades de generación de energía (101) que incluyen al menos un generador de turbina eólica (102), donde el sistema de generación de energía está conectado a una red eléctrica (160) para suministrar energía a la red eléctrica, y en donde la unidad de almacenamiento eléctrico está eléctricamente conectada con el sistema de generación de energía y es controlable para cargarse o descargarse dependiendo de un punto de referencia de energía (Pset_esu), en donde el método comprende

- establecer un período de control de frecuencia, en donde la unidad de almacenamiento eléctrico está programada para cargarse o descargarse de acuerdo con un primer punto de referencia de energía (Pset_esu1),

- al comienzo del período de control de frecuencia, cargar o descargar la unidad de almacenamiento eléctrico de acuerdo con el primer punto de referencia de energía (Pset_esu1),

- en caso de que la frecuencia de red (f) supere una primera frecuencia de red (f1) situada por encima o por debajo de un umbral de frecuencia (IT), dando como resultado una primera desviación de frecuencia (A fl) dentro del período de control de frecuencia, determinar un primer cambio de energía (AP1) de la energía de la unidad de almacenamiento eléctrico en función de la primera desviación de frecuencia (Af1),

- determinar un segundo punto de referencia de energía (Pset_esu2) basado en el primer cambio de energía determinado (AP1),

- proporcionar el soporte de frecuencia controlando la unidad de almacenamiento eléctrico para cargarse o descargarse de acuerdo con el segundo punto de referencia de energía (Pset_esu2)

el método está caracterizado por que el método comprende además,

- pronosticar un período de tiempo en donde la central eléctrica es capaz de generar una energía de producción de la central (Pplant_f) que es mayor que la energía de producción de la central requerida planificada (Pplant_req_f), y

- establecer el período de control de frecuencia dentro del período de tiempo pronosticado, en donde la unidad de almacenamiento eléctrico está programada para cargarse de acuerdo con el primer punto de referencia de energía (Pset_esu1), proporcionando así la capacidad de energía de la unidad de almacenamiento eléctrico para soportar un evento de baja frecuencia.

2. Un método para controlar una central eléctrica (100) para proporcionar soporte de frecuencia a una red eléctrica, la central eléctrica comprende una unidad de almacenamiento eléctrico (150) y un sistema de generación de energía (110) que comprende una o más unidades de generación de energía (101) que incluyen al menos un generador de turbina eólica (102), donde el sistema de generación de energía está conectado a una red eléctrica (160) para suministrar energía a la red eléctrica, y en donde la unidad de almacenamiento eléctrico está eléctricamente conectada con el sistema de generación de energía y es controlable para cargarse o descargarse dependiendo de un punto de referencia de energía (Pset_esu), en donde el método comprende

- en caso de que la frecuencia de red (f) supere una primera frecuencia de red (f1) situada por encima o por debajo de un umbral de frecuencia (fT), dando como resultado una primera desviación de frecuencia (Af1) dentro del período de control de frecuencia, determinar un primer cambio de energía (AP1) de la energía de la unidad de almacenamiento eléctrico en función de la primera desviación de frecuencia (Af1),

el método está caracterizado por que el método comprende además,

- pronosticar un período de tiempo en donde la central eléctrica está programada para generar una energía de producción de la central (Pplant_f) que es menor que la energía de producción de la central requerida planificada (Pplant_req_f),

- establecer el período de control de frecuencia dentro del período de tiempo pronosticado, en donde la unidad de almacenamiento eléctrico está programada para descargarse de acuerdo con el primer punto de referencia de energía (Pset_esu1), proporcionando así soporte en caso de sobrefrecuencia.

3. Un método de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en donde, en caso de que la frecuencia de red (f) supere una segunda frecuencia de red (f2) situada por encima o por debajo de la primera frecuencia de red (f1), dando como resultado una segunda desviación de frecuencia (Af2) dentro del período de control de frecuencia,

- determinar un segundo cambio de energía (AP2),

- determinar un tercer punto de referencia de energía (Pset_esu3) basado en el segundo cambio de energía determinado (AP2),

- proporcionar el soporte de frecuencia controlando la unidad de almacenamiento eléctrico para invertir la carga para descargar la unidad de almacenamiento eléctrico, o viceversa, de acuerdo con el tercer punto de referencia de energía (Pset_esu3).

4. Un método de acuerdo con la reivindicación 3, en donde un valor máximo del segundo cambio de energía (AP2) viene dado por la suma del primer punto de referencia de energía (Pset_esu1) y una energía nominal de carga o descarga (Pnom_esu) de la unidad de almacenamiento eléctrico (150).

5. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde proporcionar el soporte de frecuencia está condicionado a un nivel de estado de carga (SoC) de la unidad de almacenamiento eléctrico.

6. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde establecer el período de control de frecuencia comprende:

- programar la unidad de almacenamiento eléctrico para cargar de acuerdo con un primer punto de referencia de energía (Pset_esu1) y programar la unidad de almacenamiento eléctrico para descargar dentro del período de control de frecuencia en caso de que la primera o segunda desviación de frecuencia (Af1, Af2) indique una baja frecuencia de la red, o

- programar la unidad de almacenamiento eléctrico para descargar de acuerdo con un primer punto de referencia de energía (Pset_esu1) y programar la unidad de almacenamiento eléctrico para cargar dentro del período de control de frecuencia en caso de que la primera o segunda desviación de frecuencia (Af1, Af2) indique una sobrefrecuencia de la red.

7. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende complementar el cambio de energía determinado (AP1, AP2) con un cambio de energía del generador (APgen) de energía generada por el sistema de generación de energía (110).

8. Un método de acuerdo con la reivindicación 7, en donde la complementación del cambio de energía determinado (AP1, AP2) con el cambio de energía del generador (APgen) se invoca en caso de que el cambio de energía de la unidad de almacenamiento electrónico (APesu) sea insuficiente para lograr el cambio de energía determinado (AP1, AP2).

9. Un controlador central (120) para controlar una central eléctrica (100) para proporcionar soporte de frecuencia a una red eléctrica, la central eléctrica comprende una unidad de almacenamiento eléctrico (150) y un sistema de generación de energía (110) que comprende una o más unidades de generación de energía (101) que incluyen al menos un generador de turbina eólica (102), donde el sistema de generación de energía está conectado a una red eléctrica para suministrar energía a la red eléctrica, y en donde la unidad de almacenamiento eléctrico está conectada eléctricamente con el sistema de generación de energía y se puede controlar para cargar o descargar dependiendo de un punto de referencia de energía (Pset_esu), y donde el controlador central está dispuesto para realizar el método de acuerdo con las reivindicaciones 1-8.

10. Una central eléctrica (100) que comprende una pluralidad de unidades de generación de energía (101) que incluyen al menos un generador de turbina eólica y el controlador central (120) de acuerdo con la reivindicación 9.

11. Un producto de programa informático que comprende un código de software adaptado para controlar una central eléctrica (100) cuando se ejecuta en un sistema de procesamiento de datos, estando el producto de programa informático adaptado para realizar el método de cualquiera de las reivindicaciones 1-8.