CENTRAL ELÉCTRICA EOLICA
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La¡ invención se refiere a una central eléctrica 5 eólica que comprende al menos una estación de suministro de energía eléctrica eólica que comprende una turbina eólica, un generador eléctrico impulsado por esta turbina eólica y un rectificador, y una conexión eléctrica de tensión continua entre el rectificador localizado en la estación de
suministro de energía eléctrica eólica y un inversor cuyo lado de la tensión alterna se conecta a una red de transmisión o distribución, siendo que el inversor se localiza en el lado de la red de la central. La invención esta preferiblemente destinada a ser
usada en aquellos casos en los que la conexión entre el generador y la red de transmisión o distribución incluye un cable destinado a ser sumergido en agua. Consecuentemente, expresado en otras palabras, se refiere primordialmente a aquellas aplicaciones en las que una o varias turbinas
eólicas con los generadores asociados se destinan a ser emplazadas en el mar o en lagos, en donde el cable de conexión se extiende a la red de transmisión o distribución emplazada en tierra. A pesar de que a continuación se tratará sobre las ventajas de la invención primordialmente
en conexión con el emplazamiento de las turbinas eólicas en
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el mar o en lagos, la invención no obstante también puede implicar ventajas en los casos en que las turbinas eólicas y los generadores se localizan en tierra y la conexión, que en ese caso no necesariamente debe consistir en un cable, 5 sino que en cambio se puede realizar en forma de líneas o cables aéreos conecta a varias de estas turbinas eólicas/generadores con la red de transmisión o distribución. Antecedentes de la invención y técnica anterior 10 Si el suministro de energía eólica se localiza en el mar, con el fin de hacer económico el proyecto se requiere ubicar grandes grupos de estaciones de suministro de energía eléctrica eólica dentro de un área limitada. El suministro de energía eólica basado en el mar requiere de
estaciones de suministro de energía eléctrica eólica relativamente grandes (3 MW y más), y convenientemente se espera un suministro total de energía eléctrica del sistema de 50-100 MW. Hasta ahora la planeación de estos parques eólicos ha presupuesto que la transmisión de la energía
eléctrica se efectúa mediante la transmisión tradicional de corriente alterna en sistemas de cables marinos de tensión alterna trifásica. En ese caso el generador casi siempre es un generador asincrónico trifásico. Es cierto que existen ejemplos en que se han usado generadores sincrónicos
conectados directamente a la red, pero por regla general
-t. . ü ^s*i±. ^.. ,^—^ , .. ->.. *, . ^?^ *.»...*..*, . , ^....... .ah.t. j esto resulta en la necesidad de instalar una complicada suspensión de muelle mecánico entre el generador y la casa de máquinas con el fin de amortiguar las variaciones en el suministro de energía eléctrica ocasionadas por el carácter variable de la carga eólica. Esto se deriva del hecho de que la dinámica del rotor de un generador sincrónico se comporta mecánicamente como un resorte en contra de una red rígida de tensión alterna, en tanto que un generador asincrónico se comporta como un amortiguador. Presumiblemente sería posible hacer un generador asincrónico convencional de 3 MW para aproximadamente 3-6 kV, y conectarlo en serie con un convertidor que eleva la tensión a, digamos, 24 kV en una primera etapa. En un parque de suministro de energía eólica con 30-40 estaciones de suministro de energía eléctrica eólica se proporcionaría entonces un convertidor central que eleva adicionalmente la tensión a 130 kV. La ventaja con un sistema de esta índole es que es barato y no requiere de subsistemas complicados. La desventaja en parte reside en las dificultades técnicas para transmitir la energía eléctrica a través de grandes distancias en un cable de tensión alterna de alta tensión. Esto se deriva del hecho de que el cable produce una potencia de reacción capacitiva que aumenta con la longitud. La corriente a través del conductor y en el blindaje del cable aumentan entonces tanto que no es
posible realizar el cable para grandes distancias. La otra desventaja reside en que la carga eólica variable provoca variaciones de tensión en la línea de transmisión que pueden afectar a los usuarios de la energía eléctrica conectados en la proximidad. Esto es válido en particular si la red es "débil", es decir, cuyo poder para poner en cortocircuito es bajo. Debido a los problemas técnicos previamente mencionados para el caso de las grandes distancias de transmisión por cable, uno se vería forzado a conectar el parque eólico a una red "débil". De acuerdo a determinados principios de aplicación la variación de la tensión podría no ser superior a 4%. Los diferentes países tienen normas diferentes, y por regla general las normas se mitigan en el caso de un menor nivel de tensión en la línea de transmisión. También sería necesario tratar de manera diferente las variaciones de la tensión en función de los intervalos de tiempo. Las variaciones de rápidas de la tensión ocasionan "parpadeo", es decir, variaciones de luz en lámparas incandescentes, lo cual también esta regulado por las normas. Una solución al problema precedente con grandes distancias cubiertas por cable es la de transmitir la energía eléctrica con tensión continua de alta tensión. Entonces resulta posible tender el cable directamente hasta una red fuerte. Otra ventaja reside en que las
transmisiones de CC sufren menores pérdidas que las transmisiones de CA. Desde un punto de vista técnico la distancia que cubre el cable puede ser de longitud ilimitada. Una conexión de CCAT consiste en una estación de rectificación, una línea de transmisión (cable o línea aerea) , una estación de inversión y filtros para eliminar las frecuencias armónicas que se generan durante la conversión. En una variante más antigua de las conexiones de CCAT se usan tiristores para la rectificación y la inversión. Los tiristores se pueden conectar pero no se pueden desconectar; la comunicación tiene lugar en el paso por cero de la tensión, el cual es determinado por la tensión alterna, por lo que los convertidores se llaman de conmutación en línea. Una desventaja de esta técnica es que los convertidores consumen energía reactiva y provocan frecuencias armónicas en la corriente que se transmiten a la red. En una solución más moderna de la tensión directa se usan transistores bipolares con compuerta aislada (IGBT's por sus siglas en inglés) en lugar de tiristores en los convertidores. Un transistor bipolar de compuerta aislada se puede conectar y desconectar y además tiene una elevada frecuencia de conmutación. Esto implica que es posible producir los convertidores de acuerdo a un principio totalmente diferente, lo que se conoce como convertidores auto-conmutadores. En resumen, las ventajas
con los convertidores auto-conmutadores es que pueden tanto suministrar como también consumir energía reactiva, lo cual permite una compensación activa del nivel de tensión en el lado de la red si la red es débil. Consecuentemente, esto hace que este tipo de convertidor sea superior a la técnica anterior en el sentido de que se puede conectar a una red situada más próxima al suministro de energía eólica. La alta frecuencia de conmutación también conduce a una reducción del problema con las frecuencias armónicas en comparación con la generación más antigua de CCAT. Sin embargo, una desventaja es que tanto las pérdidas como también el precio son más elevadas en la estación de transformación. Un convertidor auto-conmutador se caracteriza en que la excitación de la tensión se efectúa mediante un patrón de pulsaciones rápido, el cual es generado por el convertidor. La diferencia de tensión entre el patrón de pulsaciones y la tensión sinusoidal de la red se encontrará por arriba de las inductancias por el lado de la red. Existen dos tipos de inversores auto-conmutadores; un inversor de fuente de tensión de tensión estable (VSI por sus siglas en inglés) y un inversor de fuente de corriente de corriente estable (CSI por sus siglas en inglés) con características algo diferentes. El inversor de fuente de tensión, el cual tiene a lo menos un capacitor en el lado de la CC ofrece la mejor regulación de la energía
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eléctrica . Se han construido algunas estaciones de suministro de energía eléctrica eólica experimentales usando una técnica parecida al concepto de CCAT, pero por 5 un motivo completamente diferente, específicamente para lograr una velocidad de rotación variable de estaciones de suministro de energía eléctrica eólica individuales. El generador de la estación de suministro de energía eléctrica eólica se desconecta entonces de la red a baja tensión por
vía de una conexión de CC, típicamente el nivel de 400 V ó 660 V. Una velocidad de rotación variable en la turbina suministra ganancias de energía eléctrica al mismo tiempo de que por regla general resulta que las variaciones de la velocidad de rotación se pueden usar para eliminar las
rápidas pulsaciones en el suministro de energía eléctrica que ocasionan "parpadeo". Sin embargo, naturalmente no es posible eliminar los cambios de suministro de energía eléctrica lentos inherentes a la naturaleza de la carga eólica. Se puede decir que el momento de inercia de la
turbina funciona como un depósito intermedio para la energía cinética. En un sistema de esta índole un generador sincrónico no constituye una desventaja, sino más bien una ventaja, puesto que el generador asincrónico requiere de un rectificador más caro y más complicado. Si se desea tener
un generador impulsado directamente, y en consecuencia
eliminar la necesidad de un unidad de engranaje entre la turbina y el generador, el generador necesariamente debe ser sincrónico en virtud de que se le proporcionaran los polos necesarios. En otras palabras, un generador de impulsión directa requiere de una conexión intermedia de CC. En el concepto también es posible regular de manera activa el momento modificando el ángulo de disparo si se usa un rectificador controlado. En la mayoría de los conceptos que tienen una velocidad de rotación variable se proporciona adicionalmente un control de velocidad de rotación externo activo mediante lo que se conoce como control de paso, lo cual implica que se modifica el ángulo de las aspas de la turbina. Una desventaja de una velocidad de rotación variable de acuerdo a los conceptos referidos es el precio de la electrónica de corrientes fuertes, y además, que el mantenimiento de ésta electrónica de corrientes fuertes será difícil y costoso a mar abierto. En el documento WO 97/45908 se sugiere una solución técnica que combina las buenas características del sistema de velocidad de rotación variable con las ventajas de la conexión de CCAT de modelo anterior. Mediante la conexión en paralelo de las estaciones de suministro de energía eléctrica eólica que ya se encuentran en la conexión intermedia de CC (ver la figura 3 en ese documento) se eliminan un número N de inversores de baja
^^™? ^^^^^^^^^.^^^^^^^^fc ^í tensión y un rectificador de alta tensión. De acuerdo a esta sugerencia se usará un rectificador con transformador reductor en el lado de la turbina de energía eléctrica eólica y se usará un inversor central con transformador reductor asociado en el lado de la red. Por información de primera mano parece ser que el sistema esta destinado para rectificadores e inversores conmutados en línea o en todo caso de corriente estable, puesto que los transformadores reductores en la conexión de tensión continua vuelven estable esta corriente. Esto tiene una ventaja, a saber que es posible variar la tensión de CC después del rectificador dentro de una gama amplia. Esto es necesario en el caso de la operación con velocidad de rotación variable, puesto que el generador en la estación de suministro de energía eléctrica eólica solo puede suministrar una baja tensión máxima de salida a bajas velocidades de rotación. Sin embargo, una desventaja en el caso de un inversor de corriente estable es que no puede regular la potencia reactiva a través de la red de manera tan efectiva como un inversor de tensión estable. Además, resulta evidente que el inversor en una manera de corriente continua será conectado en serie con los rectificadores conectados en paralelo en las estaciones de suministro de energía eléctrica eólica. Esto implica que el inversor en tierra recibe la misma corriente continua que sale del parque
eólico. Además, es evidente que se presupone que la tensión es de 6-10 kV, lo cual es una tensión típica para generadores convencionales. Esto implica que la tensión de CC será de aproximadamente 12 kV, lo cual es una tensión de CC poco realista para transmitir una energía eléctrica total de 50 MW. Las pérdidas en el cable serán muy grandes. Para un parque eólico de la magnitud de 50-100 MW sería en cambio necesario transmitir la energía eléctrica en un nivel de tensión de aproximadamente 100 kV. Es cierto que esto sería posible si se conecta un transformador a cada generador y se conectaran en serie un suficiente número de válvulas electrónicas en todos los rectificadores. Sin embargo sería una enorme ventaja si fuera posible evitar el transformador en la estación de suministro de energía eléctrica eólica. Además, la conexión en serie del número de válvulas electrónicas requeridas para rectificar N tensiones de salida para N estaciones de suministro de energía eléctrica eólica a tensión de CC de 100 kV se asocia a grandes problemas. Propósito de, la invención El propósito de la invención es el de obtener con un sistema más simple y económico para velocidad de rotación variable la misma buena transmisión de energía eléctrica desde un parque eólico emplazado en el mar a la red emplazada en tierra que ofrece un sistema moderno de
CCAT, con la posibilidad de eliminar la necesidad de los transformadores y electrónica de corrientes fuertes controlada en las estaciones de suministro de energía eléctrica eólica. Esto es muy valioso en virtud de que todo mantenimiento que se lleva a cabo en el mar es costoso y difícil de efectuar. Otro propósito de la invención es poder tener una alta tensión tal en la transmisión de CC, que permita obtener pérdidas bajas incluso en el caso de un parque eólico grande, por ejemplo de 50-100 MW. Sumario de la invención El propósito de la invención se logra primordialmente mediante las características que se definen en la parte distintiva de la subsiguiente reivindicación 1. El problema no resuelto de la técnica anterior de que la tensión de CC será demasiado baja se resuelve en consecuencia conectando el convertidor CC/CC en el mar con su lado de baja tensión conectado eléctricamente al rectificador y su lado de alta tensión conectado eléctricamente al inversor. Un convertidor de CC/CC funciona aproximadamente de la misma manera como un transformador para CC; eleva la tensión continua por un factor de n:l y reduce la corriente continua como l:n, en donde n es la conversión. Esto implica que el inversor y el rectificador ya no están conectados en serie. De acuerdo a una modalidad preferida el
^^^ .Jjt_..«,.^..-..^.^ ^ ^. áiMü tíÉáüirittÉ Má?M rectificador se forma como un rectificador de diodo pasivo en serie con un convertidor elevador local de tensión continua. Esto es un sistema más sencillo que un rectificador conmutado en línea y se considera que opera mejor a altas tensiones. El convertidor elevador local de tensión continua convenientemente consiste de un transformador reductor, una válvula electrónica bipolar de compuerta aislada tipo IGBT conectada en serie y una diodo conectado en serie. Este también puede ser el diseño básico de un convertidor CC/CC. Además, se prefiere que el inversor este constituido por un sistema de auto-conmutación de tensión estable, cuyas características son superiores a un sistema conmutado en línea desde un punto de vista de la regulación de la energía eléctrica. En una modalidad de la invención, un sistema de esta índole se caracteriza en que se conecta al menos un capacitor en paralelo sobre el inversor en la conexión de CC, y en que las inductancias se conectan en serie con cada fase en el lado de la red. En una modalidad preferida las válvulas electrónicas están constituidas por transistores bipolares de compuerta aislada conectados en serie . Con la tecnología de los generadores de hoy en día en lo referente a las estaciones de suministro de energía eléctrica eólica es posible producir un generador
que puede manejar 10 kV, pero serían deseables tensiones más altas que esta. Además, la tecnología convencional de aislamiento para devanados del estator es sensible a las variaciones de la temperatura, la humedad y la sal, a las que se encuentra expuesta un generador de turbina eólica. De conformidad con una modalidad particularmente preferida de la invención se usa un aislamiento sólido para al menos un devanado en el generador, aislamiento el cual preferiblemente se lleva a cabo de acuerdo a la subsiguiente reivindicación 14. Más específicamente el devanado tiene el carácter de un cable de alta tensión. Un generador que se construye de esta manera crea los prerrequisitos para obtener tensiones considerablemente más altas que los generadores convencionales. Es posible lograr hasta 400 kV. Además, un sistema de aislamiento de esta índole en el devanado implica insensibilidad a la sal, la humedad y las variaciones de temperatura. La alta tensión de salida implica que es posible excluir por completo los transformadores, lo cual implica que se evitan las desventajas ya mencionadas como el incremento en los costos, la reducción de la efectividad, el peligro de incendio y los riesgos para el medio ambiente. Estos últimos se deben al hecho de que los transformadores convencionales contienen aceite. Un generador que tiene un devanado de esta índole
*.< A i &&*ü&*. °*&.. ? ..->«., i ^ formado por un cable se puede producir enhilando el cable en ranuras fabricadas en el estator para este propósito, con lo que la flexibilidad del cable para el devanado implica que el trabajo de enhilado se puede llevar a cabo con facilidad. Las dos capas semiconductoras del sistema de aislamiento tienen una función de compensación de potencial y en consecuencia reducen el riesgo de incandescencia de la superficie. La capa semiconductora interna deberá estar en contacto eléctricamente conductor con el conductor eléctrico, o una parte de este, localizado al interior de la capa con el fin de obtener el mismo potencial como este. La capa interna se asegura íntimamente al aislamiento sólido localizado afuera de ella, y esto se aplica también al aseguramiento de la capa semiconductora exterior al aislamiento sólido. La capa semiconductora exterior tiende a contener el campo eléctrico dentro del aislamiento sólido. Con el fin de garantizar una adherencia mantenida entre las capas semiconductoras y el aislamiento sólido incluso durante variaciones de la temperatura, las capas semiconductoras y el aislamiento sólido tienen esencialmente el mismo coeficiente de expansión interno. La capa semiconductora exterior en el sistema de aislamiento se conecta con potencial a tierra u otro
potencial relativamente bajo. Con el fin de poder obtener un generador capaz de muy alta tensión, el generador tiene una serie de características que ya se mencionaron en lo precedente y que difieren notablemente de la tecnología convencional. Otras características se definen en las reivindicaciones subordinadas y se discuten a continuación: Las características que se mencionaron con anterioridad y otras características esenciales del generador y, en consecuencia de la central eléctrica eólica de acuerdo a una modalidad de la invención comprenden lo siguiente : El devanado en el circuito magnético se produce a partir de un cable que tiene uno o varios conductores eléctricos permanentemente aislados con un capa semiconductora en el conductor y por fuera del aislamiento sólido. Los cables típicos de esta índole son cables que tienen un aislamiento de polietileno o etileno-propeno reticulado, los cuales para el propósito en consideración aquí se desarrollan adicionalmente en lo referente a los soportes del conductor eléctrico y también al carácter del sistema de aislamiento. Se prefieren los cables que tienen sección transversal circular, pero también se pueden usar cables con otra sección transversal, por ejemplo con el fin de
obtener una mejor densidad de empaque. - Un cable de esta índole permite diseñar un núcleo laminado del circuito magnético de una manera novedosa y óptima en lo referente a las ranuras y los dientes. Convenientemente el devanado se produce con un aislamiento que se incrementa por pasos o el mejor aprovechamiento del núcleo laminado. Convenientemente el devanado se produce como un devanado de cable concéntrico, lo que permite reducir el número de cruzamientos de extremos de bobina. La forma de las ranuras se adapta a la sección transversal del cable para devanado, de manera que las ranuras tienen la forma de una serie de aberturas cilindricas que se extienden axiales y/o radiales hacía afuera una de otra y que tienen constricciones que se extienden entre las capas del devanado del estator. La forma de las ranuras se adapta a la sección transversal del cable en consideración y al grosor que cambia por pasos del aislamiento del devanado. El aislamiento por pasos permite que el núcleo magnético tenga una anchura de dientes sustancialmente constante independientemente de la extensión radial. El perfeccionamiento adicional previamente mencionado referente a los núcleos implica que no es absolutamente necesario que el conductor del devanado, el cual cosiste de un número de capas reunidas, es decir, hilos aislados, sea transpuesto de manera correcta, y no aislado y/o aislado uno de otro. - El perfeccionamiento adicional previamente mencionado referente a la capa semiconductora externa implica que la capa semiconductora exterior se corta en puntos adecuados a lo largo de la longitud del cable, y cada tramo parcial cortado se conecta directamente a potencial de tierra. El uso de un cable del tipo descrito en lo precedente permite mantener con potencial a tierra toda la longitud de la capa semiconductora externa del cable, así como otras partes de la planta. Una ventaja importante es que el campo eléctrico se encuentra próximo a cero en la región del extremo de la bobina por fuera de la capa semiconductora exterior. Con potencial a tierra en la capa semiconductora exterior no es necesario controlar el campo eléctrico. Esto implica que no ocurrirán concentraciones de campo ni en el núcleo, ni en las regiones de los extremos de la bobina o en la región de transición entre ellas. La mezcla de hilos aislados y/o no aislados empacados, o hilos transpuestos, resulta en bajas pérdidas por corrientes parásitas. El cable puede tener un diámetro externo del orden de 10-40 mm y un área de conductor del
orden de 10-200 mm2. De acuerdo a otra modalidad se dispone un * transformador con transmisión variable en el lado de alta tensión del inversor. Otras ventajas y características de la invención se harán evidentes a continuación y por las reivindicaciones subordinadas. Breve descripción de los dibujos Con referencia a los dibujos subsiguientes a continuación seguirá una descripción más detallada de las modalidades de la invención que se dan como ejemplos. En los dibujos: la figura 1 es una vista axial esquemática desde un extremo de un sector del estator en un generador eléctrico en la central eléctrica eólica de conformidad con la invención, la figura 2 es una vista desde un extremo, parcialmente en corte, de un cable que se usa en el devanado del estator de acuerdo a la figura 1, la figura 3 es una vista esquemática, parcialmente en sección, de una modalidad de un generador de energía eléctrica eólica de acuerdo a la invención, la figura 4 es una vista esquemática que muestra la modalidad de la central eléctrica eólica de acuerdo a la invención, y
la figura 5 es una vista esquemática en perspectiva que muestra una modalidad de un transformador con transformación variable. Descripción detallada de las modalidades preferidas Con el auxilio de las figuras 1-3 se explica primero el diseño del generador 1 preferido en una modalidad de la invención. La figura 1 muestra una vista axial esquemática a través de un sector del estator 2. El rotor del generador se designa con 3. El estator 2 se forma de una manera convencional de un núcleo laminado. La figura 1 muestra un sector del generador que corresponde a un paso de polo. Desde una sección de culata del núcleo que se localiza lo más afuera en la dirección radial se extienden un número de dientes 5 radiales al interior hacía el rotor 3, y estos dientes se separan mediante una ranura 6 en la cual se localiza el devanado del estator. Los cables 7 que forman este devanado del estator son cables de alta tensión que sustancialmente pueden ser del mismo tipo que aquellos que se usan¡ para la distribución de energía eléctrica, es decir, cables de polietileno reticulado (PEX por sus siglas en inglés) . Una diferencia es que se han eliminado la capa de PVC externa de protección mecánica y el blindaje de metal que normalmente rodean un cable de distribución de energía eléctrica de esta índole, de manera que el cable para la presente invención solo comprende el conductor
eléctrico y a lo menos una capa semiconductora de cada lado de una capa aislante. Los cables 7 se ilustran de manera esquemática en la figura 1, en donde solo se muestra la parte central eléctricamente conductora de cada sección de cable o lado del inducido. Es aparente que cada ranura 6 tiene una sección transversal variable con partes 8 anchas que alternan con partes 9 angostas. Las partes 8 anchas son sustancialmente circulares y rodean al cable, siendo que las secciones entalladas entre las partes anchas forman las partes 9 angostas. Las secciones entalladas sirven para fijar la posición radial de cada cable. La sección transversal de la ranura 6 se vuelve más angosta radial al interior. Esto es en función de que la tensión en las secciones de cable es más baja tanto más cerca se sitúan a la parte radial más interna del estator 1. Por consiguiente es posible usar cables más delgados al interior, en tanto que más afuera se requiere de cables más gruesos. En el ejemplo ilustrado se disponen cables con tres dimensiones diferentes en tres secciones 10, 11, 12 de dimensiones correspondientes de la ranura 6. En la parte más externa de la ranura 6 se dispone un devanado 13 para energía eléctrica auxiliar. La figura 2 muestra una vista desde un extremo en corte escalonado de un cable de alta tensión para ser usado en el generador. El cable 7 de alta tensión comprende uno o
""*"- •'--*---»-»&•-«-«-.»-.-.--.. - ~...-..,.. --MÍ-.--[i, M_..|rÍ | |Jf varios conductores 14 eléctricos, cada uno de los cuales comprende un número de hilos 15, los cuales en conjunto dan una sección transversal circular. Los conductores pueden ser, por ejemplo, de cobre. Estos conductores 14 se localizan en el centro del cable 7 de alta tensión, y en la modalidad mostrada cada uno de los conductores esta rodeado por un aislamiento 16 parcial. Sin embargo es posible omitir el aislamiento 16 parcial en uno de los conductores 14. En la modalidad mostrada los conductores 14 se encuentran rodeados por una primera capa 17 semiconductora. Alrededor de esta primera capa 17 semiconductora hay una capa 18 aislante, por ejemplo de aislante PEX, que a su vez esta rodeada por una segunda capa 19 semiconductora. En consecuencia, el concepto de "cable de alta tensión" en esta aplicación no tiene que comprender un blindaje metálico o una capa protectora externa del tipo que normalmente rodea a un cable de distribución de energía eléctrica . En la figura 3 se muestra una estación de suministro de energía eléctrica eólica con un circuito magnético del tipo descrito haciendo referencia a las figuras 1 y 2. El generador 1 es impulsado por una turbina 20 eólica por medio de un árbol 21. No obstante que es posible impulsar el generador 1 directamente por medio de la turbina 20, es decir que el rotor del generador se
acopla en rotación fija con el árbol de la turbina 20, puede existir un engranaje 22 entre la turbina 20 y el generador 1. Ese puede estar constituido, por ejemplo, por un engranaje planetario de un solo paso, cuyo propósito es el de incrementar la velocidad de rotación del generador con relación a la velocidad de rotación de la turbina. El estator 2 del generador porta los devanados 23 del estator que están formados con el cable 7 previamente descrito. El cable 7 puede no estar envainado y convertirse en un cable 24 con vaina por vía de un empalme 25 de cables. En la figura 4, la cual de manera esquemática ilustra a grandes rasgos la central eléctrica eólica se ilustran dos estaciones 26 de suministro de energía eléctrica eólica conectadas en paralelo, cada una de las cuales tiene un generador 1. Naturalmente que el número de estaciones de suministro de energía eléctrica eólica puede ser mayor de dos. Además cada estación 26 de suministro de energía eléctrica eólica comprende un rectificador 27. La conexión en paralelo de las estaciones de suministro de energía eléctrica eólica tiene lugar en el punto indicado con 28. Entre los rectificadores 27 localizados en las estaciones 26 de suministro de energía eléctrica eólica hay una conexión eléctrica de tensión continua y un inversor 30, cuyo lado de tensión alterna se conecta a una red de
ÍÍ? u?U.. «A*.... ««, ..¿.í-^-K.» n. ^. »..... . n , -J. .,, .i transmisión o distribución. El inversor 30 se localiza en el lado de la red de la central. Esto normalmente implica que el inversor 30 se localiza en tierra relativamente próximo a la red 31 de transmisión o distribución. Sin embargo, las estaciones 26 de suministro de energía eléctrica eólica que incluyen los generadores y los rectificadores 27 se localizan en el mar sobre fundamentos adecuados. La conexión 29 de tensión continua comprende una porción designada con 32 en la figura 4, porción esta que en la práctica puede ser muy larga. A lo largo de esta porción existe en consecuencia una parte 33 de conexión que es crítica en lo referente a las pérdidas. En la modalidad preferida de la invención se considera que esta parte 33 de conexión esta formada por un cable submarino, es decir, en el caso de que las estaciones 26 de suministro de energía eléctrica eólica están situadas afuera en el mar o en un lago. Sin embargo, la parte 33 de conexión también puede estar formada por una o varias líneas o cables aéreos. La central comprende un convertidor-CC/CC 24 que tiene un lado de baja tensión conectado eléctricamente a los rectificadores 27 y un lado de alta tensión conectado eléctricamente al inversor 30. El convertidor-CC/CC 34 se localiza en el lado de la estación de suministro de energía eléctrica eólica de la central. Expresado de otra manera,' esto implica que la parte 33 de conexión previamente
discutida se sitúa entre el convertidor-CC/CC 34 y el inversor 30. En la práctica se considera que el convertidor 34 esta colocado en uno de los fundamentos que soporta a una de las estaciones 26 de suministro de energía eléctrica eólica, o alternativamente puede existir un fundamento particular para el convertidor 34. Independientemente del tipo de fundamento en que se emplaza al convertidor 34, en el fundamento en cuestión también se proporcionan barras conductoras con el fin de conectar en paralelo las estaciones de suministro de energía eléctrica eólica que ocurren. El convertidor 34 se dispone de manera que opera como un elevador de la tensión continua, es decir que la intención es que mediante el convertidor la tensión continua en la parte 33 de conexión entre el convertidor 34 y el inversor 30 sea más alta, y convenientemente sustancialmente más alta que la tensión en el lado de la entrada del convertidor 34. Se prefiere que el inversor 30 sea un inversor de auto-conmutación de tensión estable. Un capacitor 35 se conecta en paralelo sobre la conexión CC del inversor 30. Convenientemente el inversor tiene conectadas en serie inductancias 36 de la red con cada fase de su lado de la red. Se prefiere que el inversor comprenda transistores bipolares de compuerta aislada conectados en serie.
De acuerdo a una modalidad preferida los generadores son generadores sincrónicos con rotores permanentemente magnetizados. Es favorable que los rectificadores 27 sean rectificadores pasivos. Esto elimina la necesidad de LA electrónica de control activo de potencia en el mar. Como rectificadores pasivos se prefieren los diodos rectificadores. Estos diodos 27 rectificadores están en serie con un convertidor 37 local elevador de tensión continua. En una modalidad preferida cada convertidor 37 individual comprende un transformador reductor, una válvula 39 electrónica bipolar de compuerta aislada tipo IGBT conectada en serie y un diodo 40 conectado en serie. El convertidor 34 se podría formar como uno de esos convertidores elevadores de tensión continua. En la figura 5 se ilustra una modalidad preferida de acuerdo a la invención de un transformador con transmisión variable. La ventaja con este transformador es que sus devanados se proporcionan con un aislamiento sólido de una manera similar a la ya descrita con respecto al generador con referencia a las figuras 1 y 2. En consecuencia los devanados del transformador están correspondientemente formados con un sistema aislante que comprende al menos dos capas 17, 19 semiconductores, cada una de las cuales constituye esencialmente superficies
equipotenciales, y el aislamiento 18 sólido se sitúa entre estas dos capas semiconductoras. Consecuentemente en el transformador de acuerdo a la figura 5 los devanados también tendrán el carácter de cables flexibles. En total se aplican todas las características del cable de devanado de acuerdo a la figura 2 relacionadas al precedente en conexión con el generador, a excepción de que no es necesaria cortar en partes a lo largo de la longitud del cable la capa 19 semiconductora externa en la fase de transformador con el fin de poner a tierra cada una individualmente. La ventaja de un transformador de esta índole con un aislamiento sólido reside en una mejora sustancial de la efectividad en que el campo eléctrico esencialmente se mantiene dentro de la capa conductora externa, y se obtiene además la ventaja importante de que se elimina el aceite inflamable y ecológicamente dañino que ocurre con los transformadores convencionales. En la figura 5 el transformador se ilustra en una forma principal para una de las fases en cuestión. Las personas expertas en la técnica naturalmente se darán cuenta de que en el caso de una modalidad de fases múltiples los núcleos que tienen mas de dos columnas y la culata asociada permite que todos los devanados de fase se coloquen en uno y el mismo núcleo. Sin embargo, naturalmente que también es posible usar un núcleo separado
ÍÜ4. .U á¡áH i kák ~. . - .w^,fa .»^.,afc^ para cada fase en un transformador de este tipo. En consecuencia, en la figura 5 se ilustra un núcleo de transformador constituido por una culata y dos columnas, siendo que alrededor de una de las columnas se aplica un devanado 43 principal y alrededor de la otra columna se dispone un devanado 44 de control. El devanado principal puede estar constituido ya sea por un devanado primario o un devanado secundario. Consecuentemente el devanado 44 de control se usa para variar la transformación del transformador. El devanado 44 de control se dispone en la forma de vueltas de devanado arrolladas sobre un tambor 45, tambor que puede rotar alrededor de la columna de núcleo en cuestión. El tambor 45 se impulsa mediante un motor adecuado no mostrado, por ejemplo mediante transmisión de correa. En consecuencia el devanado 44 de control funciona como una bobina variable. El número de vueltas de devanado sobre el tambor 45 del devanado de control se varía mediante un tambor 46 de almacenaje rotatorio para el devanado 44. También el tambor 46 de devanado es impulsado por un motor de una manera adecuada. En la figura 5 se ilustra como se pone a tierra una sección 47 extrema del devanado de control. Esta sección 47 extrema es estacionaria y se encuentra en conexión eléctricamente conductora con el devanado 44 de control en el tambor 45 mediante un dispositivo de contacto de anillo colector de
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un tipo de suyo conocido. También existe una sección 48 del devanado en conexión con el tambor 46 de almacenaje, sección de devanado ésta que es estacionaria y que esta destinada a ser conectada al equipo eléctrico en cuestión. Con el fin de conectar eléctricamente la sección 48 de devanado con la sección de devanado de control alojada sobre el tambor de devanado se proporciona un dispositivo de anillo colector correspondiente. Por la descripción precedente es evidente que la transmisión de transformador se puede variar rápidamente y por un grado deseado mediante la rotación de los tambores 45 y 46, de manera que sobre el tambor 45 estén presentes un número deseado de vueltas de devanado de control. Un prerrequisito en conexión con esto es que el devanado 44 de control esté formado por el cable flexible de alta tensión que tiene aislamiento sólido previamente descrito. La invención naturalmente no se limita solo a las modalidades descritas. En consecuencia es posible para las personas expertas en el campo modificar y realizar varios detalles tan pronto como se haya presentado la idea básica de la invención. Estas modificaciones de detalle y las modalidades equivalentes se incluyen dentro del alcance de las subsiguientes reivindicaciones.