MX2011009947A

MX2011009947A - Procedimiento para la operacion de una instalacion de energia eolica.

Info

Publication number: MX2011009947A
Application number: MX2011009947A
Authority: MX
Inventors: Alfred Beekmann; Wolfgang De Boer
Original assignee: Wobben Aloys
Priority date: 2009-03-23
Filing date: 2010-03-23
Publication date: 2011-10-06
Also published as: SI2411669T1; JP5714563B2; WO2010108910A3; KR20110130507A; US9279411B2; ES2950986T3; RU2011142739A; AU2010227613B2; DE102009014012B4; RU2516381C2; NZ595162A; KR101422328B1; KR20140065025A; EP2647840B1; EP2411669A2; US20160169199A1; CN102388219B; PL2411669T3; PT2411669E; NZ618856A

Abstract

Procedimiento para operar una instalación de energía eólica, donde la instalación de energía eólica está conectada a una red de suministro de energía eléctrica que en operación, es decir cuando el viento supera la velocidad inicial y es menor que la velocidad de desconexión, alimenta energía eléctrica a la red de suministro a la tensión y frecuencia deseadas o necesarias para la red de suministro, donde estando en operación la instalación de energía eólica, el rotor de dicha instalación de energía eólica gira con una velocidad mayor que el valor nominal o por debajo de la velocidad de desconexión del rotor que tiene al menos, una pala y se encuentra unido a un generador que es impulsado por este rotor para generar así energía eléctrica, donde la instalación de energía eólica tiene medios para medir la frecuencia que impera en la red de suministro eléctrico y estos medios para medir la frecuencia de la red están conectados con un dispositivo de control para comandar la operación de la instalación de energía eólica. Según la invención, se propone que la potencia entregada a la red por el generador de la instalación de energía eólica sea elevada de manera rápida y por un espacio de tiempo breve por encima de la potencia actual de la instalación de energía eólica cuando la frecuencia de la red eléctrica se encuentre en un valor de frecuencia predeterminado inferior a la frecuencia nominal predeterminada de la red.

Description

PROCEDIMIENTO PARA LA OPERACION DE UNA INSTALACION DE ENERGIA EOLICA DESCRIPCION DE LA INVENCION La invención se refiere a un procedimiento para operar una instalación de energía eólica y a una instalación de energía eólica para llevar a la práctica este procedimiento. Como estado de la técnica mencionaremos i particularmente "Grid Integration of Wind Energy Conversión Systems", Siegfried Heier, 1998, especialmente las páginas 263 sigs., así como los documentos US 7,345,373 y WO 01/86143.

El estado de la técnica más próximo es el documento WO 01/86143.

Este documento divulga una manera de reducir la potencia de una instalación de energía eólica cuando la frecuencia de red, es decir la frecuencia de la red que alimenta su potencia eléctrica, sobrepasa un determinado valor de frecuencia objetivo.

En las redes de Europa central, la frecuencia objetivo es normalmente de 50Hz, en cambio en las redes norteamericanas es de 60Hz. 1 Sin embargo, simultáneamente siempre se producen pequeñas fluctuaciones en la frecuencia de red que dependen de cuán equilibrada es la relación entre la potencia provista Ref.:223678 j por los generadores de energía que están conectados a la red eléctrica y la potencia demandada por los usuarios, es decir por quienes están conectados a la red eléctrica y reciben la energía eléctrica para operar con ella cualesquiera aparatos eléctricos.

Si por ejemplo el suministro de energía de los generadores es superior a la energía que demandan de la red los consumidores, la frecuencia de red aumenta y viceversa, la frecuencia puede descender por debajo de la frecuencia objetivo, por ejemplo de 50Hz, cuando la oferta de potencia es inferior a la potencia demandada de la red por los consumidores de electricidad conectados a la misma.

El manejo de la red, es decir la administración de generadores y grandes consumidores es realizado normalmente por los operadores de la red. Para ello, el manejo de lá red puede prever mecanismos de control completamente diferentes, por ejemplo la conexión automática de determinados generadores (por ejemplo, centrales eléctricas a gas)¡, la desconexión automática de determinados grandes consumidores o bien la utilización de esquemas de acumulación por bombeo y similares. En operación normal, la administración de grandes redes de suministro consigue mantener constantemente la frecuencia de red en el nivel de la frecuencia nominal, admitiéndose sólo tolerancias muy pequeñas. Sin embargo, estas pequeñas variaciones no deberían sobrepasar regularmente un intervalo de ± 1¾>. Naturalmente que i para mejor manejo de la red también se puede llevar a cabo la conexión de otras redes que estén comunicadas con la red, a fin de alimentar potencia adicional a la red o retirar potencia de la red para alimentar otras redes.

Como ya se ha mencionado más arriba, el documento O 01/086143 enseña que para equipos de energía eólica, la reducción de la potencia por debajo de la potencia disponible actual cuando se sobrepasa una determinada frecuencia de red, por ejemplo un valor de 3& por encima del valor objetivo de la frecuencia de red (por ejemplo, superior a 50Hz) .

El documento revela asimismo, que luego, cuando la frecuencia vuelve a subir, la potencia se sigue reduciendo en forma lineal en función del ulterior aumento de la frecuencia de red .

El objeto de la presente invención es, po'r lo tanto, mejorar la operación de una instalación de energía i eólica con respecto al estado de la técnica y en general, mejorar el respaldo del equipo de energía eólica en relación con la red. : El objeto se alcanza según la invención con un procedimiento que tiene las características de' la reivindicación 1. En las reivindicaciones anexas se describen modalidades ventajosas.

Según la invención ya no se desconecta el equipo de energía eólica cuando la frecuencia desciende por debajo del valor objetivo de la frecuencia de red, sino que se sigue operando el equipo de energía eólica con una potencia aumentada, es decir que a breve plazo y por un tiempo corto, la potencia es superior a la alimentada anteriormente. Para ello se usa, por ejemplo, la energía de rotación acumulada en el momento de inercia del sistema rotor/generador, es decir que durante un corto período de tiempo se saca mayor potencia del sistema rotor/generador, de manera que inmediatamente después que la frecuencia de red cae más allá de un yalor nominal preestablecido, se pone a disposición por un tiempo breve una potencia aumentada. Esto también ocurre si anteriormente el equipo eólico había alimentado potencia nominal , o sea que había entregado su medida máxima normal , específicamente la potencia que puede tomar del viento.

El rápido aumento de la potencia es del orden de 10 a 30% de la potencia nominal, preferentemente de aproximadamente 20% de la potencia nominal. ; La frecuencia predeterminada se puede fijar, por ejemplo preestableciendo una banda muerta de frecuencia. Tan pronto como la frecuencia de red está por debajo de ¡esta banda muerta de frecuencia, se lleva a cabo el aumento de la potencia actual del equipo de energía eólica y el aumento de la potencia entregada por el equipo eólico, o sea la potencia alimentada a la red. En este caso, la banda muerta de frecuencia se encuentra alrededor el valor de la frecuencia predeterminada por debajo de la frecuencia objetivo deseada de la red.

La frecuencia preestablecida es preferentemente superior a 1¾>, 2¾> o 3%> de la frecuencia nominal de la red. Cuando la frecuencia de red es de 50 Hz se detecta una caída de la frecuencia a 49.95, 49.90 o 49.85 Hz .

Como alternativa o complementariamente también se puede considerar un cambio relativo de la frecuencia,, es decir una caída relativa de la frecuencia, que también se designa con df/dt o gradiente de frecuencia. Si la magnitud de tal cambio de frecuencia de red en función del tiempo es demasiado grande y por lo tanto la frecuencia caej con demasiada rapidez, se puede aumentar por un tiempo breve la potencia a alimentar actualmente para respaldar la red. La detección de tal cambio de la frecuencia en función del tiempo, es decir de la df/dt permite, en caso dado,: una detección más veloz de una caída de la frecuencia de red y con ello, una apreciación más rápida de la necesidad de un respaldo de la red. La detección de un valor de frecuencia absoluto, es decir de la caída por debajo de un valdr de frecuencia absoluto preestablecido y del cambio en función del tiempo también se pueden combinar. Así es que, por ejemplo una caída rápida de la frecuencia de red puede evaluarse como menos crítica si el valor absoluto de la frecuencia de red está por encima de la frecuencia nominal.

Si complementaria o alternativamente se detecta un gradiente de frecuencia, ha resultado conveniente prever un incremento de la potencia a partir de un gradiente dé 0.1 Hz/s. Un intervalo ventajoso para introducir un aumento de la potencia ha demostrado ser un cambio, o sea un gradiente de 0.2 - 7 Hz/s, particularmente de 0.5 - 2 Hz/s. De allí que por ejemplo 0.2 Hz/s, 0.5 Hz/s, lHz/s, 2 Hz/s y 5 Hz/s son valores ventajosos. Se debe tener en cuenta que la detección de un gradiente de frecuencia de por ejemplo 1 Hz/s, habitualmente no supone una medición durante un segundo completo. Los tiempos de medición apropiados son más bien de 20 ms y menos, particularmente de 10 ms . También los tiempos de medición más breves, de p.ej . 5 ms o aún menos, son preferidos. Por otra parte, tanto el tiempo de medición! como la magnitud del cambio en que se basa o el gradiente de frecuencia en que se basa pueden depender de la frecuencia nominal de la red. Los valores mencionados del gradiente de frecuencia y los tiempos de medición previstos para ello se refieren a una frecuencia nominal de 50 Hz . En el caso de una frecuencia nominal de 60 Hz se puede prever, en caso dado, un gradiente algo mayor y/o un tiempo de medición algo: más breve .

Además, debe mencionarse que el rápido aumento de potencia también se puede usar para estabilizar la frecuencia de red o rectificarla o para amortiguar fluctuaciones de frecuencia. Particularmente la amortiguación de fluctuaciones de la frecuencia puede tener en cüenta ventajosamente el gradiente de la frecuencia. ¦ Preferentemente, el aumento temporal de la potencia se efectúa aprovechando la energía de rotación acumulada en el momento de inercia del sistema rotor/generador . Esto afecta la extracción de energía cinética que está acumúlada en el rotor giratorio que posee una o varias palas y también en el rotor giratorio del generador. La extracción de una potencia mayor se puede lograr particularmente por aumento de la corriente de excitación y con ello, por aumento del momento antagónico de generador del rotor. Especialmente los generadores sin engranajes con rotores de gran diámetro y por lo tanto, grandes masas y momentos de inercia correspondientemente grandes pueden acumular una considerable cantidad de energía cinética. ; Preferentemente, la frecuencia de la potencia alimentada corresponde siempre a la frecuencia actual de la red. Si la frecuencia de red cae, se puede efectuar un aumento de potencia, donde a pesar de ello la frecuencia de la potencia alimentada, adaptada a la frecuencia actual, se reduce .

Preferentemente se propone un procedimiento qüe se caracteriza porque el aumento de la potencia está por encima de la potencia actual, es decir también por encima de la potencia nominal, si anteriormente se alimentaba potencia nominal. Por lo tanto, aún cuando se opera el equipo eolico con valores nominales se realiza un aumento de la potencia en caso de una caída de frecuencia crítica. En este caso se comprobó que una potencia nominal uniforme, por lo menos I para la operación continua, que también puede ser una potencia máxima, puede ser sobrepasada como breve apoyo de la red sin dañar el equipo de energía eólica. i Según una modalidad se propone que el procedimiento esté caracterizado porque dentro de un período de tiempo de 10 a 1000 ms, particularmente 20 a 500 ms, preferentemente de 50 a 100 ms después de que la frecuencia de la red cae por debajo del valor preestablecido o después de sobrepasar la magnitud del cambio preestablecido se realice el aumento de potencia y/o se alimente una potencia aumentada, es decir una potencia superior a la potencia ajustada anteriormente, durante otro período de tiempo de al menos 0.5 seg ndo, preferentemente de al menos 1 segundo hasta un máximo de 30 i segundos, preferentemente un máximo de aproximadamente 3 a 6, 8, 10, 12 o 15 segundos. Básicamente se considera que un tiempo de reacción lo más breve posible para llevar a cabo un aumento de potencia es idealmente de por ejemplo 10! ms . Particularmente, el tiempo de 10 ms corresponde, con; una frecuencia de red de 50 Hz . , a una media longitud de onda. Es i deseable un tiempo de respuesta mayor de hasta 1 segundo para impedir que el sistema sobrereaccione o sea inestable. Particularmente valores de 50 a 100 ms han demostrado ser apropiados .

Básicamente el aumento de la potencia se requiere durante un tiempo breve. Este período de tiempo dura normalmente al menos 0.5 segundos, pero preferentemente 1 segundo y llega hasta 3, 6, 8, 10, 12, 15 y un máximo de 30 segundos. Si fuera necesaria una alimentación de potencia aumentada de más de 10 segundos o más, ya no se puede hablar, en general, de una medida de respaldo momentáneo, sino más bien de una demanda mayor de potencia. Un intervalo efectivo para el aumento de la potencia ha resultado ser de 3 a 6 , 8, 10, 12 o 15 segundos.

Preferentemente se prevee un procedimiento para operar un parque eólico, en el cual cada equipo de energía eólica es operado de acuerdo con el procedimiento de la invención. Particularmente cada equipo de energía eólica: está preparado para entregar una potencia · aumentada a la red en t ; caso de una caída de frecuencia. Un parque eólico comprende al menos dos equipos de energía eólica, pero normalmente mayor cantidad de equipos de energía eólica, como por ejpmplo 10, 50 equipo de energía eólica o aún más. Entre todos los equipos de energía eólica del parque eólico se entienden solamente aquellos que funcionan según el procedimiento descrito.

Preferentemente, el aumento de la potencia de todos los equipos de energía eólica a entregar a la red se reáliza preferentemente de manera unitaria y/o central. De esta manera se impide, en primer lugar, que diferentes equipos de un parque eólico respondan en momentos diferentes e i interfieran entre sí. Además, los parques eólicos pueden estar sometidos a ciertas condiciones tales como valores límite para la conexión a la red, cuando el parque eolico alimenta la potencia de todos los equipo de energía eóliéa en un punto de conexión a la red. Así por ejemplo, pueden predeterminarse límites máximos de la potencia alimentada por parte de la línea de conexión, pero en caso necesario también cuando se usa un transformador central para esta predeterminación. Un control central puede tomar en cuenta estas condiciones marginales. A veces, un control unitario de los equipos de energía eólica puede ser útil, en la medida que sea posible cuando hay equipos de energía eólica diferentes en un parque eólico. En este caso al meno's se puede prever un control unitario parcial, por ejemplo en cuanto a los tiempos de respuesta y/o la duración de, los aumentos de potencia. Si por ejemplo en el caso que todos o la mayoría de los equipos de energía eólica de un párque eólico operen a valor nominal se limitara un aumento de la potencia de todos los equipos de energía eólica debido á una i limitación de la alimentación de potencia del parque eólico, el control puede realizarse de manera que primeramente una parte de los equipos de energía eólica aporten a un aumento de potencia y luego otra parte de los equipos. Además, se puede reducir el gasto de mando y control por medio de una unidad de control central que p.ej. expida, para un aumento de la potencia, exclusivamente los respectivos valores objetivo de potencia a cada equipo de energía eólica del parque .

También se propone una instalación de energía eólica que está preparada para aplicar un procedimiento de la invención. También se propone un parque eólico que comprende varios equipos de energía eólica de la invención y aplica preferentemente un procedimiento de control central y/o en el cual, el aumento de la potencia de los equipos de energía eólica a entregar a la red se comandan al menos parcialmente en forma unitaria. Puede llevarse a cabo un control central del aumento de la potencia de todos los equipos de enérgía eólica a entregar a la red desde una unidad de control central separada y/o una instalación de energía eólica puede oficiar de líder, de manera que los demás equipos de energía eólica sean regidos por este equipo de energía eólica. Básicamente también es posible una división técnica de control de un parque eólico en varias porciones de parque, i por ejemplo para reunir desde el punto de vista del control, equipos del mismo tipo o tipos similares.

Para aumentar la entrega de potencia no solamente se aprovecha la energía de rotación del momento de inercia, sino que también se puede realizar a modo de respaldo o exclusivamente, un cambio del ángulo de ajuste de las palas del rotor - un cambio del ángulo de inclinación, denominada pitch - para aumentar el rendimiento del viento. Esto se cumple particularmente cuando el equipo de energía eólica funciona con carga nominal y por lo tanto entrega potencia nominal y particularmente ya ha sido modificada parcialmente la inclinación de las palas del rotor para controlar su velocidad nominal .

Después de un aumento de potencia, la velocidad de giro del rotor puede haber disminuido porque se retiró energía cinética. Particularmente en un aumento dé la potencia, en el caso de funcionamiento con carga nominal, una reducción de ese tipo pude resultar menor o no presentarse. Es previsible una reducción de la velocidad de giro, particularmente en el intervalo de carga parcial y depende del volumen y duración del aumento de potencia, es decir de la potencia adicional entregada.

A continuación se explica la invención por medio de las modalidades con referencia a las figuras acompañantes: La figura 1 muestra esquemáticamente una cabe¿a de rotor parcialmente abierta de una instalación de energía eólica con vista sobre el cubo y partes del generador; La figura 2 es una vista general esquemática con acople rotor/generador sin engranajes con medición dé la frecuencia,- La figura 3 muestra un ejemplo de realización del comportamiento potencia/frecuencia de una instalación de energía eólica; La figura 4 presenta una modalidad alternativa de la de la figura 3; .

La figura 5 ilustra en un ejemplo, curvas de potencia para un aumento constante de la potencia; La figura 6 ilustra en un ejemplo, las curvas de la potencia en un aumento de la potencia que depende de la velocidad de giro del rotor; La figura 7 ilustra en un ejemplo, la medición de una potencia en el caso de un aumento de potencia que depende de la velocidad de giro del rotor; La figura 8 muestra una medición de una potencia con aumento de potencia constante y La figura 9 presenta posibles curvas de los valores de potencia con los que se debe realizar un aumento de la potencia según la frecuencia y para diferentes valores máximos ajustables del aumento de la potencia.

A continuación, las mismas referencias pueden designar elementos iguales, aunque también parecidos ; no idénticos. Por propósito de integridad, a continuación se explica una instalación de energía eólica con un generador sincrónico y un diseño sin engranajes convertidor de ' onda completa.

La figura 1 muestra esquemáticamente una cabeza de rotor 1 de una instalación de energía eólica sin engranajes. El cubo 2 se aprecia debido a la representación parcialmente abierta del revestimiento (centrifugadora) . En el cubo se encuentran sujetas tres palas de rotor 4, de cuyas pal s de rotor 4 solamente se ha representado la zona cercana al cubo. El cubo 2 con las palas de rotor 4 forma un rotor aerodinámico 7. El cubo 2 mecánicamente conectado de forma fija al rotor 6 del generador y a continuación se denómina rotor 6. El rotor 6 está montado de manera girable con respecto al estator 8.

El rotor 6 recibe corriente durante su girq con respecto al estator 8, normalmente corriente continua, para crear de esta manera un campo magnético y generar un par motor o un par motor antagónico del generador, que puedé ser ajustado y modificado por esta corriente de excitación de manera correspondiente. Cuando el rotor 6 está excitado eléctricamente, su giro con respecto al estator 8 genera un campo eléctrico en el estator 8 y con ello una corriente eléctrica alterna.

La corriente alterna generada en el generador 10, que esta formado sustancialmente por un rotor 6 y un estator 8, es rectificada por un rectificador 12 como se aprecia en la figura 2. Luego, la corriente rectificada o la tensión rectificada se transforma con ayuda de un ondulador 14 en un sistema de 3 fases de la frecuencia deseada. El sistema corriente/tensión de tres fases así obtenido se transforma por medio de un transformador 16, en cuanto a la tensión, particularmente se eleva, para ser alimentada a una red de corriente conectada 18. Teóricamente se podría obviar el transformador o sustituirlo por una bobina. Normalmente las demandas de tensión de la red de corriente 18 son tales que requieren una elevación por medio de un transformador. ¡ Para el control se usa un control principal 20, que también se puede denominar unidad de control principal (Main-Control) y que constituye la unidad de control y mando superior del equipo de energía eólica El control principal 20 obtiene su información, entre otros, a través dé la frecuencia de red, de la unidad de medición subordinada 22. El control principal comanda el ondulador 14 y el rectificador 12. En principio también se podría usar naturalmente un rectificador no controlado. Además; el control principal 20 comanda un interruptor de corriente continua 24 para alimentar la corriente de excitación en el rotor 6, que es una parte del generador 10. El control principal 20 modifica la alimentación o la intensidad de corriente en funcionamiento óptima del generador entre otros, cuando un valor de frecuencia queda por debajo de una frecuencia de red predeterminada. Dado que el generador se opera con número de revoluciones variable, la alimentación a la red se lleva a cabo como se ha descrito con un convertidor de onda completa que está formado sustancialmente pór el rectificador 12 y el ondulador 14.

En operación, la tensión de red y la frecuencia de red son medidas permanentemente en las tres fases por la unidad de medición 22. De la medición resulta, por lo menos en el caso de una frecuencia de red de 50 Hz, cada 3.3 ms un nuevo valor para una de las tres tensiones de fase. La frecuencia de red se detecta así por semionda de tensióh, se filtra y se compara con los valores límite preajustados . Para un sistema de 60Hz se encontraría disponible aproximadamente cada 2.7 ms, específicamente en cada paso del cero, un valor para una de las 3 tensiones de fase.

La figura 3 muestra un ejemplo esquemático de una curva de la frecuencia e intervalos de frecuencia en función del tiempo, donde también se ha marcado una correspondiente curva de la potencia.

De la figura 3 surge que el control prihcipal distingue, en cuanto a la frecuencia, tres intervalos de operación: el intervalo de banda muerta 30, el intervalo de banda de control 32 y el intervalo de subfrecuencia 34. El intervalo de banda muerta es el intervalo de frecuencia situado entre la frecuencia nominal fnorm o fN y la frecuencia de banda muerta que se encuentra debajo fdeadband- La frecuencia nominal normalmente es fija, como por ejemplo 50 Hz paira la red europea o 60 Hz en Estados Unidos. La frecuencia de banda muerta fdead and puede ser ajustada, con lo cual el intervalo de banda muerta puede ser ajustado por lo menos en cuanto ¡ a su límite inferior. En el intervalo de banda muerta no se prevé aumento de la potencia.

El intervalo de banda de control 32 se extiende entre la frecuencia de banda muerta fdeadband y la frecuencia de banda de control fcontroiband · que se encuentra debajo. El intervalo de banda de control se puede ajustar de manera correspondiente con datos dados, tanto para la frecuencia de banda muerta fdeadband como también para la frecuencia de banda de control fcontroiband · En el intervalo de banda de control, es decir cuando aumenta el valor de la frecuencia real en el i intervalo de banda de control, se puede producir un aumento de la potencia activa Pincrease, según la variación d la frecuencia, particularmente de la frecuencia real dé la frecuencia de banda muerta. En este caso se prevé un aumento de la potencia activa que depende particularmente en forma proporcional de la variación de frecuencia. De allí; que también el aumento de la potencia activa Pincrease es una magnitud variable del intervalo de banda de control . Pór lo tanto se puede producir un aumento de la potencia activa de acuerdo con la variación de la frecuencia con una potencia adicional Pincrease de 0% hasta Un Valor aj stado Pincrease_set !¦ El aumento máximo de la potencia activa se puede ajustar previamente por medio de inCrease_set , donde Pincrease_set se puede aumentar en pasos de 1% desde 0% hasta Pmcrease max · El intervalo de subfrecuencia 34 se extiende desde la frecuencia de banda de control fControiband hacia abajo. Si la frecuencia real se encuentra por debajo de la frecuencia de banda de control fCOntroiband/ en el intervalo de subfrecuencia se lleva a cabo el aumento de potencia máximo preajustado. El aumento de potencia Pincrease adquiere así el valor máximo que puede ascender por ejemplo a 10% del la potencia nominal .: En la figura 3 se ha representado un ejemplo de curva de la frecuencia real. Primeramente, la frecuéncia tiene el valor de la frecuencia nominal Fnorm, hasta que cae en función del tiempo to · L curva de la frecuencia real tiene el número de referencia 36. Además se ha marcado un ejemplo de curva de una potencia a ajustar que se identifica con 38. Debe tenerse en cuenta que para el control que se describe aquí a modo de ejemplo, la potencia debe ser al menos de 4% de la potencia nominal para poder realizar el aumento de potencia deseado, al menos el aumento máximo deseado .

En el tiempo t0 la frecuencia real 36 cae, pero primeramente se encuentra en el intervalo de banda muerta 30, de manera que no se produce aumento de potencia. Con esto, la potencia real, que es de al menos a 4% de la potencia nominal, primeramente permanece constante. En el tiempo i la frecuencia real 36 alcanza la frecuencia de banda muerta fdeadband Y cae por debaj o de ésta. En el ejemplo que se muestra, la potencia 38 aumenta en forma lineal con la caída de la frecuencia 36. Esto significa que el aumento de potencia Pincrease/ específicamente el aumento que se produce frente al valor inicial PA es aquí proporcional a la diferencia entre la frecuencia real 36 y la frecuencia de banda muerta fdeadband- Aquí el factor de proporcionalidad i está ajustado de manera tal que el aumento de potencia Pincrease i alcanza su valor máximo de 10% de la potencia nominal Pn cuando la frecuencia alcanza la frecuencia de la banda de control fcontrolband · Este es el caso en el tiempo t2 - Por lo tanto el aumento de potencia Pincrease para el intervalo de banda de control, en principio, se puede indicar como sigue: Pincrease = Pincrease_set PN (fdeadband — f ) / ( deadband — controlband) siempre que se observen otras condiciones marginales y tiempos máximos para un aumento de potencia. j Si la frecuencia 36 sigue cayendo por debajo de la frecuencia de banda de control fcontrolband/ se puede séguir aumentando la potencia 38 y por lo tanto, a partir del tiempo t2 permanece primeramente en un valor máximo, específicamente i en el valor inicial más el valor máximo de Pincrease/ es decir + 10% de la potencia nominal. Si la frecuencia vuelve a subir y sobrepasa en t3 el valor de la frecuencia de banda de control fcontroiband también el aumento de potencia vuelve a bajar, hasta que en el tiempo t4 la frecuencia 36 sube por encima de la frecuencia de banda muerta fdeadband- En este tiempo t4 la potencia vuelve a alcanzar el valor inicial PA y no sigue i baj ando .

Hay que hacer notar que la figura 3 muestra una curva ideal, sin tomar en cuenta posibles dinámicas de regulación. Además, en el mencionado ejemplo y contrariamente a la representación esquemática, el tiempo máximo para el aumento no debería sobrepasar 8 segundos. Sin embargo en el caso de aumentos de potencias menores, se puede considerar, en cada caso, una prolongación del tiempo. Debe tenerse en cuenta que la caída lineal de frecuencia y el aumento lineal de frecuencia se eligieron para mayor claridad del esquema y no coinciden necesariamente con un comportamiento normalmente previsible de una red de suministro.

La figura 3 muestra en un diagrama, la curva de la frecuencia de red y como reacción a esta, el comportamiento de la alimentación de potencia de una instalación de energía eólica. : Por lo demás se aprecia que en un tiempo determinado ti la frecuencia de red cae, específicamente por debajo de un determinado valor de frecuencia que está por debajo de la frecuencia objetivo de aproximadamente 50Hz. Cuando el valor de la frecuencia cae por ejemplo 1 por debajo del valor objetivo (y sigue bajando) , se aumenta i prácticamente al instante, es decir en un lapso extremadamente breve y durante un tiempo extremadamente corto, como por ejemplo a los pocos ms , por ejemplo 50 a 100 ms o en otro ejemplo también 500 a 1000 ms, la potenciá del equipo de energía eólica por encima de su valor actual; por ejemplo un 20% de la potencia actual o hasta 30% por encima de la potencia nominal. El ejemplo de la figura 3 parte de un aumento de 10% de la potencia nominal. En caso extremo, cuando la potencia es apenas de 4% de la potencia nominal y es aumentada un 10% de la potencia nominal, se podría realizar, al menos teóricamente, un aumento de potencia de 2.5-veces la potencia actual. La causa de esto puede ser, entre otras, que aún con poca entrega de potencia el equipo gira a un número de revoluciones relativamente elevado y con ello se acumula una cantidad correspondientemente grande de energía de rotación. Así por ejemplo, a 4% de la potencia nominal ya se alcanza el 50% de la velocidad de giro nominal.

Si hay muchos equipos de energía eólica que se comportan como se ha descrito más arriba, a muy corto plazo se pone a disposición una cantidad grande de poténcia adicional, cuya consecuencia es que el balance generador/usuario se equilibra muy rápidamente y que la frecuencia de red vuelve a subir a muy breve plazo y hasta supera muy pronto su valor objetivo. ' En la modalidad representada, la alimentación de potencia aumentada sólo se efectúa durante aproximadamente 2 a 10 segundos, preferentemente sólo aproximadamente hasta 3 segundos, según cómo se comporte la frecuencia.

Si por ejemplo la frecuencia vuelve a aumentar muy rápidamente, la alimentación de potencia aumentada también puede volver a reducirse y terminarse más pronto, mientras que la alimentación de potencia aumentada se realiza más tiempo si la alimentación de potencia de subfrecuencia permanece durante un tiempo más largo.

La figura 4 muestra la alimentación de potencia aumentada también para el caso en que la potencia oscile por ejemplo porque el viento es variable. Además, la figura 4 también se relaciona, en general, con una curva correspondiente a un comportamiento real previsible. ; Primeramente la frecuencia 36 es frecuencia nominal, es decir 50 Hz . En el tiempo t0* la frecuencia 36 cae muy rápidamente y pronto cae por debajo de la frecuencia de banda muerta fdeadband» · Si bien lo que importa en la figura 4 también es la caída de la frecuencia por debajo de la frecuencia de banda muerta, esto sólo se detecta después de la caída por debajo de la frecuencia de banda muerta seleccionada después de un tiempo de detección Atdetect- Este tiempo de detección es de un máximo de 20 ms . Según la figura 4, la subfrecuencia fue detectada en el tiempo ti* y ! como consecuencia la potencia 38 aumenta. Hasta el aumento máximo de potencia Pincrease de 10% de la potencia nominal por encima de la potencia que aún reinaba en el tiempo ti* transcurre un tiempo de elevación Atarease de = 800 ms . Por debajo de la frecuencia de banda muerta seleccionada fdeadband/ el mando principal logra por medio de funciones de mando internas; que el generador genere durante un tiempo preajustado tmáx un aumento la potencia Pincrease de un máximo de 10% de la potencia nominal del equipo de energía eólica. El tiempo» de reconocimiento de la subfrecuencia es de menos de 20 ms . El volumen de la potencia adicional increase depende proporcionalmente del aumento ajustado de potencia máxima admitida y de la variación de la frecuencia. La potencia se ? aumenta, por lo menos en lo que concierne a la variación de frecuencia, con un gradiente fijo de aproximadamentej 250 k /s. De esta manera, en este caso representado se alcanza un aumento de potencia al valor máximo de un máximo de 10% de la potencia nominal del equipo de energía eólica en = 800 má . El aumento de potencia Pincrease esta disponible durante un tiempo máximo de 8 segundos. En el ejemplo representado, al cabo de a más tardar 8 segundos se lleva la potencia activa; del equipo de energía eólica nuevamente al régimen de trabajo normal, particularmente al régimen de trabajo anterior con aproximadamente 250 kW/s .

Visto desde el tiempo ti*, al cabo ¡ de aproximadamente 800 ms se alcanza el aumento máximo de la potencia en el tiempo t2* - La potencia aumentada al máximo que ahora está ajustada se mantiene hasta el tiempo t3*, para caer luego lentamente hasta el tiempo t4* nuevamente a aproximadamente el valor inicial o según el viento, a un nuevo valor. El tiempo que media entre ti* y t4*, que también se puede denominar tmaxP-increase es, para el ejemplo ilustrado, de un máximo de 8 segundo. Debe tenerse en cuenta que también la figura 4 es una representación esquemática y que no es posible leer valores exactos, incluyendo valores de tiempo exactos .

Debe hacerse notar que durante el aumento de potencia, particularmente después del tiempo t2*, la frecuencia 36 vuelve a subir y que esto también se puede atribuir al aumento de potencia, es decir a la potencia adicional alimentada a la red. Sin embargo, depende en forma decisiva de la respectiva red y del respectivo equipo de energía eólica, particularmente de si hay otros equipos de energía eólica que también llevan a cabo tal alimentación de potencia. Por otra parte, en el ejemplo que nos ocupá, la frecuencia sube dentro del intervalo de aumento de potencia pero no vuelve a la frecuencia nominal. A pesar de ello, el aumento de potencia se reduce y termina a raíz de haberse alcanzado el tiempo máximo.

Para la alimentación de potencia aumentada el equipo de energía eólica de la invención utiliza la energía de rotación que debido al momento de inercia se acumula en el sistema giratorio rotor/generador . Quiere decir que debido a las extracciones adicionales de potencia, que son superiores a lo previsto en realidad para las características de la potencia del equipo de energía eólica, todo el sistema rotor/generador, si bien sigue girando, después dé la alimentación de potencia aumentada también pierde energía de giro y por eso gira más lentamente que antes pues se ha extraído más potencia de todo el sistema que la provista por el viento.

El comportamiento del equipo de energía eólica de la invención permite sobre todo, administrar con éxito los casos críticos de subfrecuencia o sortearlos con éxito con equipos de energía eólica existentes, de manera que dentro del período de tiempo crítico de por ejemplo 1 a 8 segundos, particularmente de 1 a 3 segundos después de producirle la subfrecuencia también puedan iniciarse otras maniobras de administración de la red que luego, después que el equipo de energía eólica o los equipos de energía eólica (o todo el parque eólico) ha alimentado su potencia adicional apliquen su efecto y respalden exitosamente a la red.

En principio, la disponibilidad técnica del aumento de potencia Pincrease en el caso de una subfrecuencia a la red está dada a partir de una potencia actual Pactuai de 4% de la potencia nominal . En ese caso es posible un aumento de potencia Pincrease de 10% de la potencia nominal. A continuación se representa en las figuras 5 a 8 básicamente un aumento de potencia de 200 kW para un ejemplo de equipo de energía eólica. Aquí 200 kW representan el 10% de la potencia nominal . Para el comportamiento del aumento de potencia durante el respaldo de la frecuencia se puede elegir básicamente, entre dos opciones, específicamente entre un aumento de potencia dependiente de la frecuencia, como se observa en la figura 5 y un aumento de potencia dependiente de la frecuencia y de la velocidad de giro, como se observa en la figura 6.

Una modalidad, que también se puede explicair con referencia a la figura 4 y cuyos valores se indican en la figura 4, puede describirse como sigue. | Cuando se producen cambios de f ecuencia hasta por debajo de la banda muerta, el aumento de potencia demandado se produce con un gradiente fijo de aproximadamente 250 kW/s. j Después de aproximadamente 800 ms se alcanza un aumento de potencia Pincrease de hasta 10% de la potencia nominal del equipo de energía eólica (WEA) . En caso de cambiois de frecuencia menores dentro de la banda de control y en el / intervalo de potencia de menos de 500 kW, el gradiente de potencia se reduce fácilmente en caso de cambios de potencia debidos al comportamiento del generador. El aumento de potencia Pincrease está disponible por un tiempo de un máximo de 6.4s. Al cabo de a más tardar 7 s la potencia activa del equipo de energía eólica es restituida, con 250 kW/s, nuevamente al régimen de trabajo normal. El tiempo de estabilización depende de las condiciones del viento y de la velocidad de giro, del equipo que se impone durante el tiempo de disposición. La transición hasta la alimentación de la potencia de operación normal termina en aproximadamente 1 s. 1 En la figura 5 se representa una potencia teórica en función del tiempo Porder para el caso que no se lleve a cabo un aumento de potencia. Esta curva también se ha incluido para comparación. En el tiempo tB se detecta en la figura 5 una subfrecuencia y se predetermina un aumento de potencia de 200 kW . Esta curva de potencia angulosa que se ha representado en el fondo se ha designado Pincrease- Esta potencia Pincrease sube en el tiempo tB a este valor aumentado en 200 kW y mantiene constante este valor hasta el tiempo final tE y luego cae al valor de la curva teórica i de potencia normal Porder · Entre tanto, la curva de poténcia normal Porder ha caído, sin que esto influya la curva Pincrease- El tiempo que media entre el tiempo inicial . tB y el tiempo final tE es de aproximadamente 8 segundos. Además, también se ha incluido otra curva de potencia Pactuai que corresponde al valor alcanzado efectivamente de la potencia alimentada. Según la figura 5 el aumento de potencia Pincrease es así proporcional a la frecuencia dé red durante el tiempo de disposición preajustado tmax. 'Esto corresponde a una entrega de potencia, independientemente i de la velocidad de giro del rotor del equipo de energía eólica .

Con respecto a la figura 5 hay que explicar complementariamente: La potencia del equipo de energía eólica solamente depende de la frecuencia de red durante el respaldo de la frecuencia. Con el tiempo de disposición preajustado tmax se obtiene además el aumento de potencia Pincrease deseado, que es proporcional a la variación de frecuencia. La entrega total de potencia activa Pactuái es así la suma de la potencia según la curva velocidad de giro/potencia en el momento de la activación de la emulación de inercia y el aumento de potencia requerido Pincrease- La entrega de potencia activa total es limitada por la potencia máxima aparente del equipo de energía eólica. En el diagrama de potencia de las figuras 7 a 10 se han representado estos límites de las configuraciones de los equipos de energía eólica. j En el aumento de potencia según la frecuencia y la velocidad de giro que se representa en la figura 6, el aumento de potencia alcanzado es proporcional a la frecuencia de red durante el tiempo de disposición preajustado y además varía según las velocidades de giro del rotor que resulten. Según la velocidad del viento < y la velocidad de giro del rotor que resulte, el aumento de potencia se adapta a la velocidad de giro. La nomenclatura de la figura 6 corresponde a la de la figura 5 y al tiempo tB se detecta una subfrecuencia y se realiza el aumento de potencia de aproximadamente 200 kW. En el resto de la curva hasta el tiempo final tE disminuye la velocidad de giro y con ello también la potencia teórica, sin tomar en cuenta un aumento de potencia, específicamente Porder · El aumento de potencia Pincrease conserva aproximadamente un valor de 200 kW por encima de la respectiva potencia teórica actual Porder- En el tiempo tE se termina el aumento de potencia y la potencia Pactuai cae al valor de la potencia teórica Porder · i i Adicionalmente y a modo de explicación, se! hace notar lo siguiente con respecto a la figura 6: la potencia del equipo de energía eólica sigue siendo comandada por la curva predeterminada velocidad de giro/potencia en función de la velocidad del viento aún durante el refuerzo de la frecuencia. La entrega de potencia activa total actuai durante el tiempo de disposición preajustado tmax resulta así la suma de la potencia P según velocidad de giro actual y el aumento de potencia demandado P.hcrease proporcional a la variación de frecuencia.

Las figuras 7 y 8 muestran respectivas mediciones o datos del valor teórico de la potencia Pref y de la potencia efectivamente ajustada Pactuai que se corresponden con las figuras 6 y 5. El valor de la potencia nominal Pref se refiere a la potencia nominal teniendo en cuent el aumento de potencia.

Las curvas de potencia representadas en la figura 7 corresponden a un aumento de potencia que depende de la frecuencia y de la velocidad de giro, parecidas a la que se representa en la figura 6. Las curvas de potencia representadas en la figura 8 corresponden a un aumento de potencia solamente dependiente de la frecuencia similar al que se representa en la figura 5. Se debe tomar en cjuenta que las figuras 5 a 8 presentan respectivas curvas propias.

La figura 9 muestra para una modalidad, diferentes aumentos posibles de Pincrease que dependen de la frecuencia según el valor seleccionado de Pincrease_set;- Las tres curvas de ejemplo se han designado Pincrease' ; inorease, , y rincrease La potencia adicional increase despende proporcionalmente de la variación de la frecuencia medida, por debajo de la frecuencia de banda muerta. El aumento de potencia se incrementa en forma lineal a partir de! una frecuencia de banda muerta fdeadband de 0% hasta el aumento de potencia preajustado Pincrease set cuando se alcanza la frecuencia de la banda de control fdeadband. Además, cuando así lo requiera el proveedor de la red, el aumento de potencia preajustado Pincrease set puede ser preajustado en pasos de 1% de la potencia nominal hasta el aumento máximo admitido de la potencia nominal Pincrease max- Aún¡ con í variaciones mayores de frecuencia Pincrease set no se sobrepasa P nc ease max- Los cambios de frecuencia que se presentan durante el tiempo de disposición provocan inmediatas adaptaciones al aumento de la potencia. Según la frecuencia real o frecuencia medida fme3s y según el valor Pincrease_set q e Se indica en %, la relación Pincrease / ? enn puede ser representada con la siguiente fórmula, donde ftotband tiene el mismo significado que fdeadband: ] (Pincrease/PNenn) [%] = ( (ftotband fmess ) / (ftotband ¡ fcontrolband) ) XPincrease_set [^ En la tabla 1 se indican valores característicos o intervalos de ajuste para un ejemplo de equipo. Básicamente, la frecuencia de banda muerta se ¡puede denominar ÍTotband o fdeadband y la frecuencia de banda de control fRegei and o fcon rol and · El aumento de potencia puede denominarse Pincrease O Pextra Y la potencia teórica PN O Pnenn- En la línea «Aumento de potencia máximo" se puede elegir entre el uso de Pextra = constante o Pextra = variable, según se deba utilizar un aumento de potencia dependiente de la frecuencia o un aumento de potencia dependiente de la frecuencia y de la velocidad de giro.

Tabla 1 Medición de la frecuencia Resolución de la 0.01 Hz frecuencia Exactitud de la 0.004 Hz frecuencia Tiempo de t = 0.12 s reconocimiento de la frecuencia Intervalo de medición 40 - 70 Hz de la frecuencia Intervalo de 50 Hz 60 Hz: red i frecuencia red Frecuencia fmax=57Hz fmax=6 Hz máxima Frecuencia fnenn=5OHZ fnenn=60Hz nominal Frecuencia fmin=43 fmin-53 Hz mínima Hz Emulación de inercia en caso de subfrecuencia Tiempo máximo de 8 segundos disposición del aumento Tiempo de detección 0.02 segundos 50 Hz red 60 Hz red Frecuencia de banda 49 - 50 Hz 59 - 60 Hz ; muerta fdeadband Frecuencia de banda 47 - 50 Hz 57 - 60 Hz de control fcontrolband Aumento de la potencia Aumento de la 0 - 10% de PNenn po encia Pincrease set Aumento max.de la 10% de PNenn otencia Pincrease max Ajuste en pasos de 1% de PNenn Potencia Potencia normal adicional Aumento de 0% a 4% ??6?? Pextra ~ 0 i máximo de la de 4% a 100% Pnenn Pextra ~ Pextra < 10% potencia constante Prnenn i de 4% a 100% Pnenn Pextra = Pexcra < 10% variable p Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar ; a la práctica la citada invención, es el que resulta claro ;de la presente descripción de la invención.

Claims

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones: _ ¡

1. Procedimiento para operar una instalación de energía eólica, donde la instalación de energía eólica está conectada a una red de suministro de energía eléctrica que en operación, es decir cuando reina un viento que supera la velocidad inicial y es menor que la velocidad de desconexión, alimenta energía eléctrica a la red de suministro a la tensión y frecuencia deseadas o necesarias, donde estando la instalación de energía eólica en operación a una velocidad superior al valor nominal o inferior a la velocidad de desconexión, el rotor de la instalación de energía eolica, que tiene al menos una pala, gira, ¡y se encuentra unido a un generador que es impulsado por' este rotor para generar así energía eléctrica, donde la instalación de energía eólica tiene medios para medir la frecuencia que reina en la red de suministro eléctrico y estos medios para medir la frecuencia de la red ; están conectados con un dispositivo de control para comandar la operación de la instalación de energía eólica, caracterizado porque la potencia entregada a la red por el generadior de la instalación de energía eólica es elevada de manera rápida y por un espacio de tiempo breve por encima de la potencia actual de la instalación de energía eólica cuando la frecuencia de red de la red eléctrica se encuentre ¡ a un valor de frecuencia predeterminado por debajo dé la frecuencia nominal deseada de la red y/o cuando la frecuencia de la red cae con una gradiente de frecuencia, es decir un cambio por tiempo, que supera un cambio predeterminado .

2. Procedimiento de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el valor1 de frecuencia predeterminado es superior a 1&>, preferentemente superior a 2&>, con particular preferencia superior a 3¾> ,de la frecuencia teórica de la red y/o la magnitud del cambio predeterminado es superior a 0.1 Hz/s, particularmente del intervalo de 0.2 - 7 Hz/s, preferentemente del intervalo de 0.5 - 2 Hz/s. i

3. Procedimiento de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el rápido aumento de potencia se realiza aprovechando la energía de rotación acumulada en el momento de inercia del sistema rotor/generador .

4. Procedimiento de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la frecuencia de la potencia alimentada siempre corresponde a la frecuencia de red actual, es decir, que la potencia alimentada adquiere una frecuencia por debajo de la frecuencia de red cuando la frecuencia de red es inferior al valor teórico de la frecuencia de red, por ejemplo 50 o 60Hz.

5. Procedimiento de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el aumento de la potencia se realiza por encima de la potjencia actual, es decir también por encima de la potencia nominal si i antes se alimentaba potencia nominal.

6. Procedimiento de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el aumento de potencia se produce dentro de un período de tiempo de 10 a 1000 ms, particularmente de 20 a 500¡ ms, preferentemente de 50 a 100 ms después de caer por debajo del valor predeterminado de la frecuencia de red o después de sobrepasar la magnitud del cambio predeterminado y/o la potencia aumentada, es decir una potencia que está por encima de la potencia ajustada antes se alimenta durante ! otro período de tiempo de al menos 0.5 segundos, preferentemente de al menos 1 segundo a un máximo de 30 segundos, preferentemente un máximo de aproximadamente 3 a 6, 8, Í0, 12 o 15 segundos.

7. Procedimiento para comandar un parque eólico de al menos dos equipos de energía eólica, en el que cada equipo de energía eólica es controlado con un procedimiento de una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el aumento de la potencia de todos los equipos de energía eólica a entregar a la red son comandados en forma unitaria y/o central .

8. Equipo de energía eólica caracterizado porque está adaptado para aplicar el procedimiento de una dé las reivindicaciones anteriores

9. Parque eólico caracterizado porque comprende varios equipos de energía eólica de conformidad con la reivindicación 8 y/o está adaptado para aplicar un procedimiento de conformidad con la reivindicación 7.