PT1946436E - Conversores de potência - Google Patents

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PT1946436E
PT1946436E PT06808520T PT06808520T PT1946436E PT 1946436 E PT1946436 E PT 1946436E PT 06808520 T PT06808520 T PT 06808520T PT 06808520 T PT06808520 T PT 06808520T PT 1946436 E PT1946436 E PT 1946436E
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request signal
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Henrik Stiesdal
Rodney Jones
Paul Brian Brogan
Erik Gr Ndahl
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Converteam Uk Ltd
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Description

DESCRIÇÃO "CONVERSORES DE POTÊNCIA"
Campo Técnico A presente invenção refere-se a conversores de potência e, em particular, a conversores de potência que podem ser utilizados para geradores de interface fornecendo tensão variável com uma frequência variável a uma grelha de distribuição de energia ou rede de distribuição de energia com uma tensão e frequência nominalmente fixas. A presente invenção também inclui caracteristicas que permitem que os conversores de potência permaneçam ligados à rede de distribuição de energia e manterem o controlo durante falhas de rede e regimes transitórios. Os conversores de potência são particularmente adequados para utilização com, sem restrição, geradores que são accionados por turbinas eólicas.
Antecedentes da Técnica É possível converter a energia eólica em energia eléctrica utilizando uma turbina eólica para accionar o rotor de um gerador, directamente ou por meio de uma caixa de velocidades. A frequência ac que é desenvolvida nos terminais de estator do gerador (a "tensão de estator") é directamente proporcional à velocidade de rotação do rotor. A tensão nos terminais de gerador também varia em função da velocidade e, dependendo do 1 tipo particular de gerador, do nível de fluxo. Para se obter uma captura de energia ideal, a velocidade de rotação do veio de saída da turbina eólica irá variar de acordo com a velocidade do vento de accionamento das pás da turbina. Para limitar a captura de energia durante velocidades de vento elevadas, a velocidade de rotação do veio de saída é controlada alterando o passo das pás da turbina. A correspondência entre a tensão e frequência variáveis do gerador de tensão e a tensão e frequência nominalmente constantes da rede de distribuição de energia pode ser conseguida utilizando um conversor de potência. A Patente dos Estados Unidos 5083039 descreve uma turbina eólica de velocidade variável em que o veio de rotação da turbina eólica é utilizado para accionar o rotor de um gerador de indução ac. Um conversor de potência é utilizado para agir como interface entre a saída do gerador e uma rede de distribuição de electricidade. O conversor de potência inclui dispositivos de comutação de potência com semicondutores activos que controlam as quantidades eléctricas de estator em cada fase do gerador. Um dispositivo de comando de binário é utilizado para obter um sinal de pedido de binário indicativo de um binário desejado. Um controlador de gerador funciona sob um controlo de orientação de campo e é sensível ao sinal de pedido de binário para definir uma corrente transversal desejada que representa o binário em coordenadas de campo rotativo normal ao campo de fluxo de rotor. Os dispositivos de comutação de potência com semicondutores activos são, então, controlados pelo controlador de gerador utilizando um circuito de modulação de largura de impulsos para produzir quantidades eléctricas de estator que correspondem à corrente transversal desejada. Um controlador inversor regula a corrente de saída para fornecer uma potência ac multifásica tendo correntes adiantadas ou 2 retardadas com um ângulo especificado por um sinal de controlo de factor de potência. Nesta configuração, uma perda de tensão da rede durante uma queda de tensão de alimentação leva à perda de controlo da tensão de barramento dc. Consequentemente, a capacidade para controlar a corrente reactiva que é essencial para as funções de suporte de tensão exigidas pelos códigos de rede também é perdida. A Patente dos Estados Unidos 5225712 expande o princípio enunciado acima de modo a incluir controlo de potência reactiva ou controlo de ângulo de factor de potência em função de uma comutação de modo. De um modo semelhante, o esquema de controlador de ponte inversora da Patente dos Estados Unidos 5225712 é apenas responsável pela regulação da tensão de barramento dc. Ambos os esquemas, por conseguinte, são desvantajosos na medida em que, durante a situação em que a tensão de rede é perdida, também se perde o controlo de tensão de barramento dc e a capacidade para controlar a corrente reactiva durante a queda de tensão.
Sumário da Invenção A presente invenção é definida por um conversor de potência e um método de operação de um conversor de potência com as características técnicas das reivindicações 1 e 39 independentes. Outras alternativas são definidas pelas características nas reivindicações dependentes. A presente invenção destina-se a, pelo menos, reduzir os problemas e desvantagens acima ao proporcionar um conversor de potência que pode ser utilizado para agir como interface para um 3 gerador que fornece tensão variável com uma frequência variável a uma rede de distribuição de energia funcionando com uma tensão nominalmente fixa e frequência nominalmente fixa, compreendendo o conversor de potência: um primeiro rectificador/inversor activo conectado electricamente ao estator do gerador e incluindo uma pluralidade de dispositivos de comutação de potência com semicondutores; um segundo rectificador/inversor activo incluindo uma pluralidade de dispositivos de comutação de potência com semicondutores; um barramento dc conectado entre o primeiro primeiro rectificador/inversor activo e o segundo rectificador/inversor activo; um filtro conectado entre o segundo rectificador/inversor activo e a rede de distribuição de energia, incluindo o filtro terminais de rede; um primeiro controlador para o primeiro rectificador/inversor activo; e um segundo controlador para o segundo rectificador/inversor activo; em que o primeiro controlador utiliza um sinal de pedido de tensão de barramento dc indicativo de uma tensão de barramento dc desejada para controlar os dispositivos de comutação de potência com semicondutores do primeiro 4 rectificador/inversor activo para obter o nível desejado de tensão de barramento dc que corresponde ao sinal de pedido de tensão de barramento dc; e em que o segundo controlador utiliza um sinal de pedido de potência indicativo do nível de potência a transferir do barramento dc para a rede de distribuição de energia por meio do segundo rectificador/inversor activo e um sinal de pedido de tensão indicativo da tensão a obter nos terminais de rede do filtro para controlar os dispositivos de comutação de potência com semicondutores do segundo rectificador/inversor activo para obter os níveis desejados de potência e tensão que correspondem aos sinais de pedido de potência e tensão. 0 conversor de potência pode ser utilizado para agir como interface entre o gerador e a rede de distribuição de energia durante condições normais de funcionamento, mas também inclui características que lhe permitem funcionar em situações em que a tensão da rede de distribuição de energia é variável devido a falhas na grelha ou a transitórios na rede de distribuição de energia. Mais particularmente, o segundo controlador pode utilizar uma medida da tensão da rede de distribuição de energia para determinar limites na potência que pode ser exportada do segundo rectificador/inversor activo quando a tensão de rede de distribuição de energia diverge da sua condição nominal e também pode utilizar a medida da tensão de rede de distribuição de energia para determinar o nível de corrente a fornecer desde o segundo rectificador/inversor activo para proporcionar suporte de tensão para a rede de distribuição de energia quando a tensão de rede de distribuição de energia diverge da sua condição nominal. 5 0 gerador pode ser um gerador linear ou rotativo de qualquer tipo adequado. Exemplos incluem um gerador de indução ou um gerador síncrono excitado por quaisquer meios adequados, tais como imanes permanentes ou bobinas de campo convencionais ou supercondutoras. No caso de um gerador rotativo, o rotor pode ser ligado ou accionado pelo veio de saída de uma turbina ou dispositivo de acionamento, tal como uma turbina eólica, uma turbina de marés, uma hidroturbina, um motor de turbina a vapor, um motor diesel ou um motor de turbina a gás, por exemplo. Um gerador linear poderia ser utilizado em aplicações que, inerentemente, beneficiam de um movimento de vaivém, por exemplo, geradores de energia de ondas. 0 primeiro controlador utiliza, de um modo preferido, um sinal de pedido de fluxo indicativo de um nível desejado de fluxo a obter no gerador e converte-o num sinal de pedido de corrente longitudinal para o primeiro rectificador/inversor activo. 0 primeiro controlador pode, depois, utilizar o sinal de pedido de corrente longitudinal para controlar o funcionamento dos dispositivos de comutação de potência com semicondutores do primeiro rectificador/inversor activo para produzir quantidades eléctricas de estator que obtêm a corrente longitudinal desejada para o primeiro rectificador/inversor activo. 0 termo "quantidades eléctricas de estator" refere-se, aqui, a todo e qualquer um de entre a magnitude de tensão de fase individual, magnitude de corrente de fase individual, fase e frequência num gerador multifásico. 0 funcionamento dos dispositivos de comutação de potência com semicondutores no primeiro rectificador/inversor activo pode ser controlado utilizando sinais de comando de comando de porta obtidos de acordo com uma estratégia de modulação de largura de 6 impulsos convencional. Será facilmente compreendido que se podem considerar vários tipos de estratégias de modulação de largura de impulsos. Num aspecto preferido da presente invenção com um inversor de fonte de tensão de dois niveis, então, uma estratégia de modulação de largura de impulsos de frequência fixa pode ser implementada da seguinte forma. Num processador digital, o requisito de tensão de saída determinado a partir da combinação de sinais de tensão transversais e longitudinais é multiplicado pelo valor de uma forma de onda sinusoidal triplamente optimizada determinado pelo valor do ângulo com que a tensão de saída vai ser aplicada para uma dada fase no rectificador/inversor activo. Uma forma de onda sinusoidal triplamente optimizada é utilizada para maximizar a tensão de saída que pode ser alcançada nos terminais ac do bloco rectificador/inversor activo para uma dada tensão de barramento dc. 0 sinal resultante é comparado com uma forma de onda triangular com frequência fixa para determinar os tempos de comutação específicos dos dispositivos de comutação de potência com semicondutores superior e inferior nessa fase do rectificador/inversor activo. Para superar os atrasos de comutação conhecidos e impedir a condução simultânea dos dispositivos de comutação de potência com semicondutores superior e inferior, podem impor-se períodos de supressão aos tempos de comutação específicos entre o momento em que o dispositivo de comutação de potência com semicondutores superior é desligado e o dispositivo de comutação de potência com semicondutores inferior é ligado. Correspondentes períodos de supressão são impostos entre o momento em que o dispositivo de comutação de potência com semicondutores inferior é desligado e o dispositivo de comutação de potência com semicondutores superior é ligado. 0 mesmo processo é repetido para cada fase do rectificador/inversor activo. 7 0 primeiro controlador, de um modo preferido, converte o sinal de pedido de fluxo para o sinal de pedido de corrente longitudinal com referência a uma ou mais caracteristicas do gerador. As caracteristicas podem incluir os parâmetros de circuito equivalente de gerador e/ou dados da placa de identificação, tais como corrente, tensão, velocidade, potência e frequência nominais e dados, tais como a curva de magnetização. A curva de magnetização proporciona a relação entre o fluxo de estator para o gerador e a corrente longitudinal necessária para o conseguir. Tipicamente, a curva de magnetização para um gerador vai mostrar uma relação linear entre o fluxo de estator e a corrente longitudinal até um certo nível de fluxo. No entanto, além desse determinado nível, pequenos aumentos no fluxo exigirão aumentos maiores na corrente longitudinal. Esta região não linear está associada com a saturação do ferro utilizado para formar o circuito magnético do gerador. A curva de magnetização pode ser obtida a partir do processo de ensaio para o gerador durante o seu fabrico ou por ensaios de injecção de corrente realizados durante a etapa de entrada em funcionamento do gerador. Estes ensaios de injecção de corrente podem ser automáticos, como parte de uma rotina de entrada automática em funcionamento para a combinação conversor de potência/gerador. 0 primeiro controlador, de um modo preferido, compara o sinal de pedido de tensão de barramento dc indicativo de uma tensão de barramento dc desejada com um sinal de realimentação de tensão de barramento dc para determinar um sinal de pedido de corrente transversal para o primeiro rectificador/inversor activo. 0 primeiro controlador pode, então, controlar os dispositivos de comutação de potência com semicondutores do primeiro rectificador/inversor activo para produzir quantidades 8 eléctricas de estator que obtêm a corrente transversal desejada para o primeiro rectificador/inversor activo. 0 segundo controlador pode fornecer um sinal de controlo, que varia de acordo com as condições de tensão da rede de distribuição de energia prevalecentes, para o primeiro controlador. Isso permite que o primeiro controlador compare o sinal de pedido de tensão de barramento dc indicativo de uma tensão de barramento dc desejada com o sinal de realimentação de tensão de barramento dc para determinar um sinal de pedido de corrente de barramento dc e, depois, limitar o sinal de pedido de corrente de barramento dc utilizando o sinal de controlo do segundo controlador para determinar um sinal de pedido limitado de corrente de barramento dc. 0 sinal de pedido limitado de corrente de barramento dc pode, depois, ser utilizado pelo primeiro controlador para determinar o sinal de pedido de corrente transversal para o primeiro rectificador/inversor activo.
Em alternativa, o segundo controlador pode fornecer um sinal de controlo que varia de acordo com as condições prevalecentes de tensão de rede de distribuição de energia e/ou o sinal de pedido de potência para o primeiro controlador. Isso permite que um controlador de tensão de barramento dc do primeiro controlador compare o sinal de pedido de tensão de barramento dc indicativo de uma tensão de barramento dc desejada com o sinal de realimentação de tensão de barramento dc para proporcionar um sinal de saída que é adicionado ao sinal de controlo para determinar um sinal de pedido de corrente de barramento dc. 0 sinal de pedido de corrente de barramento dc pode, depois, ser utilizado para determinar o sinal de pedido de corrente transversal para o primeiro rectificador/inversor activo. 9 0 segundo controlador, de um modo preferido, converte o sinal de pedido de potência indicativo do nível de potência a transferir do barramento dc para a rede de distribuição de energia por meio do segundo rectificador/inversor activo para um sinal de pedido de corrente transversal para o segundo rectificador/inversor activo. 0 segundo controlador pode, então, controlar os dispositivos de comutação de potência com semicondutores do segundo rectificador/inversor activo para produzir quantidades eléctricas de filtro/rede de distribuição de energia que obtêm a corrente transversal desejada para o segundo rectificador/inversor activo. A expressão "quantidades eléctricas de filtro/rede de distribuição de energia" refere-se, no presente documento, a todo e qualquer um de entre magnitude de tensão de fase individual, magnitude de corrente de fase individual, fase e frequência num sistema de rectificador/inversor activo multifásico. 0 termo "multifásico" refere-se, tipicamente, a três fases, mas pode incluir outros números de fases. 0 funcionamento dos dispositivos de comutação de potência com semicondutores no segundo rectificador/inversor activo também pode ser controlado utilizando sinais de comando de comando de porta obtidos de acordo com uma estratégia convencional de modulação de largura de impulsos. 0 sinal de pedido de potência pode ser convertido no sinal de pedido de corrente transversal dividindo o sinal de pedido de potência por um sinal que é derivado da tensão nos terminais de rede do filtro. Este sinal é, de um modo preferido, o componente transversal da tensão ac que é obtido a partir de uma medição de tensão trifásica no lado de rede do filtro. Em alternativa, o sinal de pedido de potência pode ser convertido no sinal de pedido de corrente transversal dividindo o sinal de pedido de 10 potência por uma versão filtrada do sinal que é derivado da tensão nos terminais de rede do filtro. 0 segundo controlador utiliza, de um modo preferido, um outro sinal de pedido de tensão de barramento dc indicativo de uma tensão de barramento dc desejada e compara esse outro sinal de pedido de tensão de barramento dc com o sinal de realimentação de tensão de barramento dc para determinar um sinal de pedido de corrente transversal ilimitado. 0 sinal de pedido de corrente transversal ilimitado pode, depois, ser limitado para determinar o sinal de pedido de corrente transversal para o segundo rectificador/inversor activo. 0 sinal de pedido de corrente transversal ilimitado pode ser limitado a um valor que é determinado por um sinal de limitação que, por sua vez, é, de um modo preferido, obtido a partir do sinal de pedido de potência. 0 sinal de pedido de corrente transversal ilimitado pode ser adicionado a um sinal de realimentação de corrente transversal que é derivado dos sinais seguintes: um sinal indicativo da potência do gerador, um sinal de realimentação de tensão medido nos terminais de rede do filtro e um sinal de ganho que varia de acordo com as condições de tensão prevalecentes de rede de distribuição de energia. 0 sinal indicativo da potência de gerador pode ser fornecido ao segundo controlador a partir do primeiro controlador. Em alternativa, o sinal indicativo da potência de gerador menos a saida de um controlador PI de um controlador de tensão de barramento dc do primeiro controlador pode ser fornecido ao segundo controlador e ser utilizado pelo segundo controlador 11 apenas durante uma situaçao de queda de tensão na rede de distribuição de energia. 0 segundo controlador pode modificar o sinal de limitação que é obtido a partir do sinal de pedido de potência de acordo com as condições prevalecentes de tensão de rede de distribuição de energia. 0 sinal de limitação pode ser modificado pelo segundo controlador em resposta a desvios na rede de distribuição de energia relativamente às condições de tensão nominal, por exemplo, durante uma falha da rede de distribuição de energia ou em regimes transitórios. Isto irá resultar em alterações de transferência de potência para a rede de distribuição de energia, de modo a satisfazer requisitos da rede de distribuição de energia, tais como suporte de tensão e/ou frequência. 0 barramento dc pode incluir um condensador. Neste caso, o conversor de potência pode, ainda, incluir um sensor de corrente para medir o fluxo de corrente no condensador e fornecer um sinal de saída. 0 sinal de saída do sensor de corrente pode ser subtraído de um sinal derivado de um sinal indicativo da potência de gerador para proporcionar um sinal inferido que é adicionado à saída de um controlador de tensão de barramento dc do primeiro controlador para determinar um sinal de pedido de corrente de barramento dc para o primeiro rectificador/inversor activo. Em alternativa, o sinal de saída do sensor de corrente pode ser subtraído de um sinal derivado de um sinal indicativo da potência de gerador para proporcionar um sinal que é filtrado e adicionado à saída de um controlador de tensão de barramento dc do primeiro controlador para determinar um sinal de pedido de corrente de barramento dc para o primeiro rectificador/inversor activo. 12
Em alternativa, o conversor de potência pode, ainda, incluir um sensor de tensão para medir a tensão de barramento dc e fornecer um sinal de realimentação de tensão de barramento dc. Também se podem proporcionar meios para medir a taxa de alteração do sinal de realimentação de tensão de barramento dc. 0 valor integral de um controlador PI de um controlador de tensão de barramento dc do primeiro controlador pode, então, ser modificado por um factor predeterminado quando o sinal de realimentação de tensão de barramento dc é maior do que um primeiro limiar e a taxa de alteração do sinal de realimentação de tensão de barramento dc é maior do que um segundo limiar.
Durante uma situação de queda de tensão de rede de distribuição de energia, um sinal de pedido de corrente transversal para o segundo rectificador/inversor activo pode ser derivado de uma versão limitada de uma velocidade de variação de sinal que é derivada da potência nominal limite do segundo rectificador/inversor activo que é modificada em função das condições prevalecentes de tensão de rede de distribuição de energia. 0 segundo controlador, de um modo preferido, compara o sinal de pedido de tensão indicativo do nivel de tensão a obter nos terminais de rede do filtro com um sinal de realimentação de tensão medido nos terminais de rede do filtro para determinar um sinal de pedido de corrente longitudinal para o segundo rectificador/inversor activo. 0 segundo controlador pode, então, controlar os dispositivos de comutação de potência com semicondutores do segundo rectificador/inversor activo para produzir quantidades eléctricas de filtro/rede de distribuição de energia que obtêm a corrente longitudinal desejada para o segundo rectificador/inversor activo. 13 0 segundo controlador pode modificar o sinal de pedido de corrente longitudinal de acordo com as condições prevalecentes de tensão de rede de distribuição de energia. 0 segundo controlador pode modificar um sinal de erro resultante da diferença entre o sinal de pedido de tensão indicativo do nível de tensão a obter nos terminais de rede do filtro e o sinal de realimentação de tensão medido nos terminais da rede do filtro de acordo com um sinal derivado do sinal de pedido de corrente longitudinal. 0 propósito da modificação do sinal de erro de acordo com um sinal derivado do sinal de pedido de corrente longitudinal é que se pode realizar uma característica que pode contribuir para a partilha de corrente entre múltiplos geradores que estão ligados a uma rede de distribuição de energia particular. 0 conversor de potência, de um modo preferido, compreende, ainda, um sensor de velocidade para derivar um sinal de velocidade indicativo da velocidade da parte móvel do gerador (i. e., o rotor, no caso do gerador rotativo e o elemento com o movimento de translação no caso do gerador linear) . No entanto, em alguns casos, o sensor de velocidade pode ser substituído por um sistema de observação de velocidade que utiliza sinais internos para o primeiro rectificador/inversor activo para obter um sinal de velocidade. 0 sinal de velocidade (derivado do sensor de velocidade ou do sistema de observação de velocidade) pode, então, ser utilizado para obter o sinal de pedido de potência com referência a uma tabela de consulta de sinal de pedido de potência versus velocidade. A tabela de consulta pode ser combinada com um controlador PI. 0 sinal de velocidade é, de um modo preferido, modificado por uma função de filtro. 0 sinal de velocidade também pode ser modificado por uma segunda função 14 de filtragem e multiplicado por um ganho para proporcionar um termo de amortecimento, que é adicionado ao sinal de pedido de potência obtido ao com referência à tabela de consulta para dar um sinal de pedido de potência total. As funções de filtragem podem ser utilizadas independentemente ou em conjunto para amortecer quaisquer ressonâncias do veio ou unidade motriz, se aplicável. A presente invenção também proporciona uma configuração compreendendo uma pluralidade de conversores de potência, como descrito acima, ligados em paralelo a uma rede de distribuição de energia funcionando com uma tensão nominalmente fixa e frequência nominalmente fixa por uma ligação em paralelo. 0 sinal de pedido de tensão indicativo da tensão a obter nos terminais de rede do filtro de cada conversor de potência é, de um modo preferido, derivado de uma comparação de um sinal de pedido de tensão de alto nível e um sinal de realimentação de tensão de alto nível que é medido no ponto onde a ligação em paralelo está conectada à rede de distribuição de energia.
Cada conversor de potência individual, de um modo preferido, inclui um transformador elevador de tensão electricamente conectado entre o filtro associado e a ligação em paralelo. A configuração também pode incluir um transformador elevador de tensão electricamente conectado entre a ligação em paralelo e a rede de distribuição de energia. 0 sinal de realimentação de tensão de alto nível pode ser medido no lado da rede de distribuição de energia ou no lado da ligação em paralelo do transformador elevador de tensão electricamente conectado entre a ligação em paralelo e a rede de distribuição de energia. A vantagem em medir o sinal de realimentação de tensão de alto nível no lado da rede de distribuição de energia do 15 transformador elevador de tensão é que a medição no lado da ligação em paralelo está sujeito a regulação através do transformador elevador de tensão. Este efeito de regulação é, por conseguinte, eliminado se a medição for feita no lado da rede de distribuição de energia. 0 conversor de potência é adequado para utilização numa turbina eólica. A presente invenção também proporciona, por conseguinte, uma turbina eólica compreendendo um gerador tendo um estator e um rotor, um conjunto de turbina incluindo uma pá de turbina ou pás de turbina para rodar o rotor do gerador e um conversor de potência como descrito acima. 0 conjunto de turbina pode estar integrado no rotor do gerador. Em alternativa, a pá ou pás da turbina (três pás pode ser típico) estão montadas num veio rotativo e do rotor do gerador está acoplado ao veio rotativo. 0 rotor do gerador pode ser acoplado directamente ao veio rotativo ou indirectamente através de uma caixa de velocidades.
Uma pluralidade de turbinas eólicas podem ser ligadas entre si para formar um parque eólico. A presente invenção, por conseguinte, proporciona, ainda, um parque eólico compreendendo uma rede de distribuição de energia funcionando com uma tensão nominalmente fixa e frequência nominalmente fixa, e uma pluralidade de turbinas eólicas como descrito acima. Os conversores de potência respectivos da pluralidade de turbinas eólicas estão ligados em paralelo à rede de distribuição de energia por uma ligação em paralelo e o sinal de pedido de tensão indicativo da tensão a obter nos terminais de rede do filtro de cada conversor de potência é derivado de uma comparação de um sinal de pedido de tensão de alto nível e um sinal de realimentação de tensão de alto nível que é medido no 16 ponto em que a ligaçao em paralelo está conectada à rede de distribuição de energia.
Cada turbina eólica individual, de um modo preferido, inclui um transformador elevador de tensão electricamente conectado entre o filtro do conversor de potência associado e a ligação em paralelo. 0 parque eólico pode, ainda, compreender um transformador elevador de tensão electricamente conectado entre a ligação em paralelo e a rede de distribuição de energia. 0 sinal de realimentação de tensão de alto nível pode ser medido ou no lado da rede de distribuição de energia ou no lado da ligação em paralelo do transformador elevador de tensão electricamente conectado entre a ligação em paralelo e a rede de distribuição de energia. A presente invenção proporciona, ainda, um método de operação de um conversor de potência que pode ser utilizado para agir como interface de um gerador que fornece tensão variável com uma frequência variável a uma rede de distribuição de energia funcionando com uma tensão nominalmente fixa e frequência nominalmente fixa, compreendendo o conversor de potência: um primeiro rectificador/inversor activo conectado electricamente ao estator do gerador e incluindo uma pluralidade de dispositivos de comutação de potência com semicondutores; um segundo rectificador/inversor activo incluindo uma pluralidade de dispositivos de comutação de potência com semicondutores; 17 um barramento dc conectado entre o primeiro rectificador/inversor activo e o segundo rectificador/inversor activo; um filtro conectado entre o segundo rectificador/inversor activo e a rede de distribuição de energia, incluindo o filtro terminais de rede; um primeiro controlador para o primeiro rectificador/inversor activo; e um segundo controlador para o segundo rectificador/inversor activo; em que o método compreende os passos de: o primeiro controlador utilizar um sinal de pedido de tensão de barramento dc indicativo de uma tensão de barramento dc desejada para controlar os dispositivos de comutação de potência com semicondutores do primeiro rectificador/inversor activo para obter o nível desejado de tensão de barramento dc que corresponde ao sinal de pedido de tensão de barramento dc; e o segundo controlador utilizar um sinal de pedido de potência indicativo do nível de potência a transferir do barramento dc para a rede de distribuição de energia por meio do segundo rectificador/inversor activo e um sinal de pedido de tensão indicativo da tensão a obter nos terminais de rede do filtro para controlar os dispositivos de comutação de potência com semicondutores do segundo rectificador/inversor activo 18 para obter os níveis desejados de potência e tensão que correspondem aos sinais de pedido de potência e tensão. 0 método pode incluir outros passos, como descrito abaixo. 0 segundo controlador pode utilizar uma medida da tensão de rede de distribuição de energia para determinar limites sobre a energia que pode ser exportada desde o segundo rectificador/inversor activo quando a tensão de rede de distribuição de energia diverge da sua condição nominal. 0 segundo controlador também pode utilizar uma medida da tensão de rede de distribuição de energia para determinar o nível de corrente que se vai fornecer desde o segundo rectificador/inversor activo para proporcionar suporte de tensão à rede de distribuição de energia quando a tensão de rede de distribuição de energia diverge da sua condição nominal. 0 primeiro controlador pode utilizar um sinal de pedido de fluxo indicativo de um nível desejado de fluxo a obter no gerador, converter o sinal de pedido de fluxo para um sinal de pedido de corrente longitudinal para o primeiro rectificador/inversor activo e controlar os dispositivos de comutação de potência com semicondutores do primeiro rectificador/inversor activo para produzir quantidades eléctricas de estator que obtêm a corrente longitudinal desejada para o primeiro rectificador/inversor activo. 0 passo de converter o sinal de pedido de fluxo no sinal de pedido de corrente longitudinal pode ser realizado recorrendo a uma ou mais características do gerador. 19 0 primeiro controlador pode comparar o sinal de pedido de tensão de barramento dc indicativo de uma tensão de barramento dc desejada com um sinal de realimentação de tensão de barramento dc para determinar um sinal de pedido de corrente transversal para o primeiro rectificador/inversor activo e controlar os dispositivos de comutação de potência com semicondutores do primeiro rectificador/inversor activo para produzir quantidades eléctricas de estator que obtêm a corrente transversal desejada para o primeiro rectificador/inversor activo. 0 segundo controlador pode fornecer um sinal de controlo que varia de acordo com as condições prevalecentes de tensão de rede de distribuição de energia para o primeiro controlador durante uma situação de queda de tensão de rede de distribuição de energia. 0 primeiro controlador pode comparar o sinal de pedido de tensão de barramento dc indicativo de uma tensão de barramento dc desejada com o sinal de realimentação de tensão de barramento dc para determinar um sinal de pedido de corrente de barramento dc e limitar o sinal de pedido de corrente de barramento dc utilizando o sinal de controlo do segundo controlador para determinar um sinal de pedido de corrente de barramento dc limitado. 0 primeiro controlador pode, então, utilizar o sinal de pedido de corrente de barramento dc limitado para determinar o sinal de pedido de corrente transversal para o primeiro rectif icador/inversor activo de modo a que não haja qualquer extracção de potência da rede de distribuição de energia durante a situação de queda de tensão de rede de distribuição de energia.
Em alternativa, o segundo controlador pode fornecer um sinal de controlo que varia de acordo com as condições prevalecentes 20 de tensão de rede de distribuição de energia e/ou o sinal de pedido de potência ao primeiro controlador. Um controlador de tensão de barramento dc do primeiro controlador pode, então, comparar o sinal de pedido de tensão de barramento dc indicativo de uma tensão de barramento dc desejada com o sinal de realimentação de tensão de barramento dc para fornecer um sinal de saída que é adicionado ao sinal de controlo para determinar um sinal de pedido de corrente de barramento dc. 0 sinal de pedido de corrente de barramento dc pode, então, ser utilizado para determinar o sinal de pedido de corrente transversal para o primeiro rectificador/inversor activo. 0 segundo controlador pode converter o sinal de pedido de potência indicativo do nível de potência a transferir do barramento dc para a rede de distribuição de energia por meio do segundo rectificador/inversor activo para um sinal de pedido de corrente transversal para o segundo rectificador/inversor activo e controlar os dispositivos de comutação de potência com semicondutores do segundo rectificador/inversor activo para produzir quantidades eléctricas de filtro/rede de distribuição de energia que obtêm a corrente transversal desejada para o segundo rectificador/inversor activo. 0 passo acima de conversão do sinal de pedido de potência para o sinal de pedido de corrente transversal pode ser realizado dividindo o sinal de pedido de potência por um sinal que é derivado da tensão nos terminais de rede do filtro. Em alternativa, o sinal de pedido de potência pode ser convertido no sinal de pedido de corrente transversal dividindo o sinal de pedido de potência por uma versão filtrada do sinal que é derivado da tensão nos terminais de rede do filtro. 21 0 segundo controlador pode utilizar um outro sinal de pedido de tensão de barramento dc indicativo de uma tensão de barramento dc desejada, comparar esse outro sinal de pedido de tensão de barramento dc com o sinal de realimentação de tensão de barramento dc para determinar um sinal de pedido de corrente transversal ilimitado e limitar o sinal de pedido de corrente transversal ilimitado a um valor determinado por um sinal de limitação que é derivado do sinal de pedido de potência para determinar o sinal de pedido de corrente transversal para o segundo rectificador/inversor activo durante o arranque e a condição de funcionamento normal do conversor de potência. 0 método pode, ainda, compreender o passo de adicionar o sinal de pedido de corrente transversal ilimitado a um sinal sem realimentação de corrente transversal que é derivado dos sinais seguintes: um sinal indicativo da potência de gerador, um sinal de realimentação de tensão medido nos terminais de rede do filtro e um sinal de ganho que varia de acordo com as condições prevalecentes de tensão de rede de distribuição de energia. 0 sinal indicativo da potência do gerador pode ser fornecido ao segundo controlador a partir do primeiro controlador. Em alternativa, o sinal indicativo da potência de gerador menos a saída de um controlador PI de um controlador de tensão de barramento dc do primeiro controlador pode ser fornecido ao segundo controlador e é utilizado pelo segundo controlador apenas durante uma situação de queda de tensão de rede de distribuição de energia. 0 segundo controlador pode modificar o sinal de limitação que é derivado do sinal de pedido de potência de acordo com as condições prevalecentes de tensão de rede de distribuição de 22 energia numa situação de queda de tensão de rede de distribuição de energia. A utilização do termo "queda" na presente descrição, relacionada com situações de queda de rede de distribuição de energia, refere-se a uma situação em que a tensão de rede de distribuição de energia é reduzida abaixo do seu valor nominal devido a condições simétricas ou assimétricas de falha de rede. 0 barramento dc pode incluir um condensador e o conversor de potência pode, ainda, incluir um sensor de corrente para medir a corrente que flui no condensador e fornecer um sinal de saída. Neste caso, o método pode, ainda, compreender os passos de subtrair o sinal de saída, do sensor de corrente, de um sinal derivado de um sinal indicativo da potência de gerador para proporcionar um sinal inferido que é adicionado à saída de um controlador de tensão de barramento dc do primeiro controlador para determinar um sinal de pedido de corrente de barramento dc para o primeiro rectificador/inversor activo. Em alternativa, o método pode, ainda, compreender os passos de subtrair o sinal de saída do sensor de corrente, de um sinal derivado de um sinal indicativo da potência de gerador para proporcionar um sinal que é filtrado e adicionado à saída de um controlador de tensão de barramento dc do primeiro controlador para determinar um sinal de pedido de corrente de barramento dc para o primeiro rectificador/inversor activo.
Em alternativa, o conversor de potência pode, ainda, incluir um sensor de tensão para a medição da tensão de barramento dc e fornecimento de um sinal de realimentação de tensão de barramento dc e meios para medir a taxa de alteração do sinal de realimentação de tensão de barramento dc. Neste caso, o método pode, ainda, compreender os passos de modificar o valor integral de um controlador PI de um controlador de tensão de barramento 23 dc do primeiro controlador por um factor predeterminado quando o sinal de realimentação de tensão de barramento dc é maior do que um primeiro limiar e a taxa de alteração do sinal de realimentação de tensão de barramento dc é maior do que um segundo limiar.
Numa situação de queda de tensão de rede de distribuição de energia, um sinal de pedido de corrente transversal para o segundo rectificador/inversor activo pode ser derivado de uma versão limitada de uma velocidade de variação de um sinal derivado da potência nominal limite do segundo rectificador/inversor activo que é modificada em função das condições prevalecentes de tensão de rede de distribuição de energia. 0 segundo controlador pode comparar o sinal de pedido de tensão indicativo do nivel de tensão a obter nos terminais de rede do filtro com um sinal de realimentação de tensão medido nos terminais de rede do filtro para determinar um sinal de pedido de corrente longitudinal para o segundo rectificador/inversor activo e controlar os dispositivos de comutação de potência com semicondutores do segundo rectificador/inversor activo para produzir quantidades eléctricas de filtro/rede de distribuição de energia que obtêm a corrent longitudinal desejada para o segundo rectificador/inversor activo. 0 segundo controlador pode modificar o sinal de pedido de corrente longitudinal de acordo com as condições prevalecentes de tensão de rede de distribuição de energia. 24 0 segundo controlador pode modificar um sinal de erro resultante da diferença entre o sinal de pedido de tensão indicativo do nível de tensão a obter nos terminais de rede do filtro e o sinal de realimentação de tensão medido nos terminais de rede do filtro de acordo com um sinal derivado do sinal de pedido de corrente longitudinal.
Um sinal de velocidade indicativo da velocidade da parte móvel do gerador pode ser obtido e utilizado para derivar o sinal de pedido de potência. 0 sinal de velocidade pode ser modificada por uma ou mais funções de filtragem, que também podem ser utilizadas para proporcionar o amortecimento de quaisquer ressonâncias de veio ou unidade motriz. 0 sinal de pedido de potência pode ser obtido numa tabela de consulta ou a partir de uma função matemática, em que o sinal de velocidade modificado forma um ponteiro para a tabela de consulta ou um valor para o qual a função matemática é calculada. 0 sinal de pedido de potência também pode ser somado com um sinal derivado de uma versão filtrada do sinal de velocidade. A presente invenção também proporciona um método de operação de uma pluralidade de conversores de potência, como descrito acima, ligados entre si em paralelo a uma rede de distribuição de energia funcionando com uma tensão nominalmente fixa e frequência nominalmente fixa por uma ligação em paralelo, compreendendo o método o passo de obtenção do sinal de pedido de tensão indicativo da tensão a obter nos terminais de rede do filtro de cada conversor de potência a partir de uma comparação de um sinal de pedido de tensão de alto nível e um sinal de realimentação de tensão de alto nível que é medido no ponto em 25 que a ligação em paralelo está conectada à rede de distribuição de energia. 0 método também pode incluir o passo de medição do sinal de realimentação de tensão de alto nivel no lado da rede de distribuição de energia ou no lado da ligação em paralelo do transformador elevador de tensão electricamente conectado entre a ligação em paralelo e a rede de distribuição de energia. A presente invenção também proporciona um método não reivindicado de operação de uma turbina eólica compreendendo um gerador que fornece tensão variável com uma frequência variável e tem um estator e um rotor, uma unidade de turbina incluindo, pelo menos, uma pá para fazer rodar o rotor do gerador e um conversor de potência que age como interface entre o gerador e uma rede de distribuição de energia funcionando com uma tensão nominalmente fixa e uma frequência nominalmente fixa, compreendendo o conversor de potência: um primeiro rectificador/inversor activo conectado electricamente ao estator do gerador e incluindo uma pluralidade de dispositivos de comutação de potência com semicondutores; um segundo rectificador/inversor activo incluindo uma pluralidade de dispositivos de comutação de potência com semicondutores; um barramento dc conectado entre o primeiro rectificador/inversor activo e o segundo rectificador/inversor activo; 26 um filtro conectado entre o segundo rectificador/inversor activo e a rede de distribuição de energia, incluindo o filtro terminais de rede; um primeiro controlador para o primeiro rectificador/inversor activo; e um segundo controlador para o segundo rectificador/inversor activo; em que, em resposta a uma alteração na velocidade do vento, o método compreende os passos de: controlar o segundo rectificador/inversor activo para alterar o nível de potência exportada para fora do barramento dc de modo a que a tensão de barramento dc seja alterada desde um nível desejado; e controlando o primeiro rectificador/inversor activo para importar corrente suficiente para o barramento dc através da ponte de gerador, a partir do gerador, para restaurar a tensão de barramento dc para o nível desejado.
Desenhos A Figura 1 é um desenho esquemático que mostra como é que se utiliza um conversor de potência, de acordo com a presente invenção, para agir como interface entre uma turbina eólica que acciona um gerador de velocidade variável e uma rede de energia eléctrica de frequência fixa; 27 A Figura 2 é um desenho esquemático que mostra mais pormenores do controlo de barramento dc para a ponte de gerador (rectificador activo) da Figura 1; A Figura 3 é um desenho esquemático que mostra mais pormenores do controlo de corrente para a ponte de gerador (rectificador activo) da Figura 1; A Figura 4 é um desenho esquemático que mostra mais pormenores do controlo de potência para a ponte de rede (inversor) da Figura 1; A Figura 5 é um desenho esquemático que mostra mais pormenores do controlo de corrente da ponte de rede (inversor) da Figura 1; A Figura 6 é um desenho esquemático que mostra como é que vários conversores de potência, de acordo com a presente invenção, podem ser ligados em paralelo entre si com a rede de distribuição de energia para formar um parque eólico; A Figura 7 é um desenho esquemático que mostra um controlo de tensão de parque eólico global; A Figura 8 é um desenho esquemático que mostra como é que um primeiro conversor de potência alternativo, de acordo com a presente invenção, é utilizado para agir como interface entre uma turbina eólica que acciona um gerador de velocidade variável e uma rede de energia eléctrica de frequência fixa; 28 A Figura 9 é um desenho esquemático que mostra mais pormenores da tensão de barramento dc e controlos de corrente subordinados para a ponte de gerador (rectificador activo) da Figura 8; A Figura 10 é um desenho esquemático que mostra mais pormenores do controlo de potência, controlo de tensão da rede e controlos de corrente subordinados para a ponte de rede (inversor) da Figura 8; A Figura 11 é um desenho esquemático que mostra como é que um segundo conversor de potência alternativo, de acordo com a presente invenção, é utilizado para agir como interface entre uma turbina eólica que acciona um gerador de velocidade variável e uma rede de energia eléctrica de frequência fixa; A Figura 12 é um desenho esquemático que mostra mais pormenores de uma primeira opção para controlo de barramento dc para a ponte de gerador (rectificador activo) i da Figura 11; A Figura 13 é um desenho esquemático que mostra mais pormenores do controlo de potência para a ponte de rede (inversor) da Figura 11; e A Figura 14 é um desenho esquemático que mostra mais pormenores de uma segunda opção para controlo de barramento dc para cL ponte de gerador (rectificador activo) i da
Figura 11. 29
Topologia de conversor de potência A topologia de base do conversor de potência será descrita recorrendo à Figura 1. 0 conversor de potência é utilizado para agir como interface entre uma turbina 2 eólica que acciona um gerador 4 de indução ac de velocidade variável e uma rede de energia eléctrica de frequência nominalmente fixa (denominada REDE). A turbina eólica inclui, tipicamente, três pás de turbina (uma pá de turbina ou duas pás de turbina, ou mais de três pás de turbina são também possíveis) montadas num veio rotativo e cujo passo pode ser controlado por meio de um actuador de passo de modo a optimizar e/ou limitar a captura de energia eólica para o gerador 4. Uma caixa 8 de velocidades é utilizada para ligar o veio rotativo ao rotor do gerador 4 de velocidade variável. Em alguns casos, o veio rotativo pode ser ligado directamente ao rotor do gerador de velocidade variável. Isto significa que a velocidade de rotação do rotor varia em função da velocidade do vento e que a frequência da tensão desenvolvida no estator do gerador 4 (a "frequência de estator") pode, por conseguinte, abranger um amplo leque de valores. Podem ligar-se, entre si, várias turbinas eólicas, como representado por toda a Figura 1, para definir um parque eólico.
Os terminais do gerador 4 são conectados aos terminais ac de uma ponte 10 de gerador trifásica que, em condições de funcionamento normal, funciona como um rectificador activo para fornecer energia a um barramento 12 dc. A ponte 10 de gerador tem uma topologia convencional trifásica de dois níveis com uma série de dispositivos de comutação de potência com semicondutores totalmente controlados e regulados utilizando uma 30 estratégia de modulação de largura de impulsos. No entanto, na prática, a ponte 10 de gerador pode ter uma gualquer topologia adequada, tal como uma topologia de três níveis ligados ao ponto neutro ou uma topologia multinível (configuração Foch-Maynard, por exemplo). A derivação dos sinais de comando de comando de porta que são utilizados para controlar os dispositivos de comutação de potência com semicondutores é descrita em seguida, em mais pormenor. A tensão de saída dc da ponte 10 de gerador é aplicada aos terminais dc de uma ponte 14 de rede que, em condições de funcionamento normal, funciona como um inversor. O controlo de princípio para a tensão de saída dc é conseguido através do controlo da ponte 10 de gerador. A ponte 14 de rede tem uma topologia de dois níveis trifásica semelhante para a ponte 10 de gerador com uma série de dispositivos de comutação de potência com semicondutores totalmente controlados e regulados utilizando uma estratégia de modulação de largura de impulsos. No entanto, na prática, a ponte 14 de rede pode ter uma qualquer topologia adequada, como discutido acima para a ponte 10 de gerador. A ponte 14 de rede é controlada para responder a dois objectivos principais, nomeadamente, potência activa e tensão de rede. Uma descrição pormenorizada de como este controlo é conseguido é proporcionada em seguida. A derivação dos sinais de comando de comando de porta que são utilizados para controlar os dispositivos de comutação de potência com semicondutores também é descrita em seguida, em mais pormenor.
Como aqui descrito, rectificação activa (como o modo principal de funcionamento da ponte 10 de gerador) é a conversão de energia dos terminais ac da ponte de gerador trifásica para o barramento dc e inversão (como o modo principal de funcionamento 31 da ponte 14 de rede) é a conversão de energia do barramento dc da ponte de rede trifásica para os seus terminais ac. No entanto, será facilmente compreendido que pode haver ocasiões em que pode ser necessário ou desejável operar a ponte 10 de gerador como um inversor e operar a ponte 14 de rede como um rectificador activo. Por exemplo, durante o arranque, a ponte 14 de rede vai funcionar como um rectificador activo para fornecer energia da rede de distribuição de energia para o barramento 12 dc. Em situações em que uma queda de tensão de rede ocorre, a ponte 10 de gerador pode funcionar num modo de rectificador activo ou num modo inversor, conforme necessário, de modo a controlar a tensão do barramento 12 dc. A acção dos controladores para a ponte 10 de gerador e ponte 14 de rede (que é o controlador 18 de ponte de gerador e o controlador 46 de ponte de rede descritos em seguida, em mais pormenor) é coordenada no caso de uma queda de tensão de rede, de modo a que não haja extracção de energia da rede de distribuição de energia, mas em que, segundo a parametrização e o nivel da queda de tensão, o conversor de potência esteja ainda apto a fornecer energia à rede de distribuição de energia.
Também pode ser vantajoso, para fins de manutenção e quando a turbina eólica está a funcionar a velocidades muito baixas, operar o gerador 4 num modo de motorização. Neste caso, a energia pode ser fornecida da rede de distribuição de energia para o gerador 4 através da ponte 14 de rede funcionando como um rectificador activo e da ponte 10 de gerador funcionando como um inversor. A tensão de saída ac da ponte 14 de rede é filtrada por indutores 16 (e outros filtros possíveis) e fornecida à rede de energia eléctrica de frequência nominalmente fixa através de um 32 transformador 6 elevador de tensão. Pode incluir-se aparelhagem de comutação de protecção (não mostrada) para proporcionar uma conexão fiável à rede de energia eléctrica e para isolar o sistema gerador da rede de energia eléctrica para vários requisitos operacionais e não operacional.
Topologia de parque eólico
Como mencionado resumidamente acima, várias turbinas eólicas, como representado pela totalidade da Figura 1, podem ser conectadas entre si para definir um parque eólico. Isto é mostrado, esquematicamente, na Figura 6, em que vários conversores la a ld de potência estão ligados à rede de distribuição de energia de frequência nominalmente fixa (denominada REDE) por uma ligação 72 em paralelo. Cada conversor la a ld de potência inclui um filtro 16a a 16d e um transformador 6a a 6d elevador de tensão. Um transformador 74 elevador de tensão adicional de parque eólico é também proporcionado entre a ligação 72 em paralelo e a rede de distribuição de energia. A Figura 6 mostra como é que o sinal de realimentação de tensão de parque eólico, que é descrito em mais pormenor abaixo recorrendo à Figura 7, pode ser medido no lado da ligação em paralelo (denominado TENSÃO DE REALIMENTAÇÃO A DE PARQUE EÓLICO) ou no lado da rede de distribuição de energia (denominado TENSÃO DE REALIMENTAÇÃO B DE PARQUE EÓLICO) do transformador 74 elevador de tensão de parque eólico. A vantagem de medir o sinal de realimentação de tensão de alto nivel no lado da rede de distribuição de energia do transformador 74 elevador de tensão de parque eólico é que a medição no lado da ligação em paralelo está sujeita a regulação através do transformador elevador de tensão. Este efeito de regulação é, 33 por conseguinte, eliminado se a medição for feita no lado da rede de distribuição de energia. Em alternativa, a medição do sinal de realimentação de tensão de parque eólico no lado da rede de distribuição de energia pode ser calculada utilizando a medição do sinal de realimentação de tensão de parque eólico no lado da ligação em paralelo, as caracteristicas do transformador 74 elevador de tensão de parque eólico e a amplitude e ângulo da corrente através do transformador elevador de tensão de parque eólico.
Controlo de ponte de gerador 0 controlo da ponte 10 de gerador será, agora, explicado com referência às Figuras 1 a 3.
Um controlador 18 de ponte de gerador recebe um sinal VDC_GEN* de pedido de tensão de barramento dc e um sinal VDC_FB de realimentação de tensão indicativo da tensão de barramento dc. O VDC_FB é subtraído do VDC_GEN* e a diferença é fornecida a um controlador 20 PI com entradas de ganho Ki integral variável e ganho Kp proporcional para proporcionar um sinal IDC_GEN* de pedido de corrente de barramento dc que é a corrente efetiva necessária para fluir no barramento 12 dc para satisfazer as condições operacionais prevalecentes. Este sinal IDC_ .GEN* de pedido de corrente de barramento dc é, depois, limitado durante condições de falha de grelha por um sinal IDC_LIM fornecido pelo controlador 46 de ponte de rede (ver abaixo) para formar um sinal IDC_GEN*_LIM. Para converter o sinal IDC_GEN*_LIM de pedido de corrente de barramento dc limitado num sinal IO GEN* de pedido de corrente transversal relacionado com a corrente de fase de gerador, depois, o sinal IDC_GEN*_LIM de pedido de 34 corrente de barramento dc limitado é, em primeiro lugar, multiplicado pelo sinal VDC_FB de realimentação de tensão para proporcionar um sinal POWER_GEN de potência. 0 sinal POWER_GEN de potência é, depois, convertido, no bloco 92 de função de calculador 10 GEN*, no sinal IQ_GEN* de pedido de corrente transversal através da aplicação da seguinte fórmula:
VQ_FF em que VD_FF é o componente sem realimentação da tensão continua num controlador 26 de corrente da Figura 2, ID_GEN* é a corrente de pedido longitudinal fornecida por um bloco 32 de função de caracteristica de saturação e VO FF é o componente sem realimentação da tensão transversal no controlador 26 de corrente. 0 sinal IQ_GEN* de pedido de corrente transversal é limitado por uma função de limitação para permanecer na região sem-ruptura da caracteristica de gerador e nas tensão e corrente nominais do gerador e pontes de rede. Este limite é determinado por um cálculo "off-line" para criar uma tabela de consulta incorporada no bloco 22 funcional com base em parâmetros de circuito equivalente de máquina, parâmetros de capacidade motriz e gama de velocidades operacionais exigida. A tabela de consulta resultante é utilizada durante o funcionamento do conversor de potência através do acesso com um sinal N de realimentação de velocidade de rotor (ou um sinal de velocidade de rotor observada) e adoptando o sinal resultante como o valor limite para o bloco 24 de função de limitação IQ_GEN*. 0 sinal IQ_GEN*_LIM de pedido de corrente transversal limitado 35 resultante é, depois, fornecido a um controlador 26 de corrente (descrito em seguida, em mais pormenor) . 0 sinal 10 GEN* LIM de pedido de corrente transversal limitado também é utilizado para determinar a frequência WS de deslizamento a aplicar ao gerador 4 para obter o fluxo de potência necessário do gerador para o barramento 12 dc. A frequência WS de deslizamento é determinada utilizando a seguinte função:
IQ_GEN * _LIM χ RR x LM
Wo —--———
<J>*xLR
Em que RR é a resistência de rotor, LM é a indutância de magnetização, Φ* é o sinal de pedido de fluxo de gerador e LR é a indutância de dispersão de rotor. A integração da frequência WS de deslizamento proporciona uma saída 0S, que é o ângulo de deslizamento. A integração da saída de um observador 28 de velocidade proporciona 0R, que é o ângulo de rotor observado. (A função 28 de observador pode ser substituída por medição directa da posição de rotor através da utilização de um codificador incremental ou dispositivo semelhante.) Um ângulo Θ0 de fluxo de rotor pode, então, ser determinado pela soma do ângulo 9S de deslizamento com o ângulo 9R de rotor. 0 ângulo Θ0 de fluxo de rotor é o ângulo de
aplicação da combinação da tensão VD longitudinal e tensão VQ transversal aos terminais de estator do gerador 4 por meio de um gerador 30 de modulação de largura de impulso. Isto é descrito, em seguida, em mais pormenor. Deve salientar-se que nos geradores síncronos o passo de definição e integração da frequência de deslizamento não é necessário. 36 0 sinal Φ* de pedido de fluxo de gerador (que pode ser constante ou variável, dependendo das caracteristicas necessárias de sistema) é aplicado a um bloco 32 de função contendo a caracteristica de saturação da indutância de magnetização de geradores. A característica de saturação é determinada por medição directa, quando o gerador é colocado em serviço ou por extracção de dados dos resultados de ensaio de fábrica para o gerador. A saída do bloco 32 de função de característica de saturação é um sinal de corrente de magnetização e torna-se o sinal ID_GEN* de pedido de corrente longitudinal aplicado ao controlador 26 de corrente. Em geradores síncronos, o sinal de pedido de corrente longitudinal é determinado pelos requisitos de tensão de terminais de gerador para cada velocidade e condição de carga. Ao ajustar o sinal de pedido de corrente longitudinal a um gerador síncrono, a excitação pode ser modificada pela acção da ponte 10 de gerador para optimizar a tensão de terminais e a eficiência global de gerador para cada condição operacional. O controlador 26 de corrente para a ponte 10 de gerador inclui dois reguladores, um a funcionar no eixo longitudinal de corrente e um a funcionar no eixo transversal de corrente. Em geral, o controlador 26 de corrente funciona numa estrutura de referência síncrona alinhado com o ângulo de fluxo de rotor. A Figura 3 mostra os reguladores globais de corrente longitudinal e transversal da ponte 10 de gerador.
Além do sinal IQ_GEN*_LIM de pedido de corrente transversal limitado e do sinal ID_GEN* de pedido de corrente longitudinal, o controlador 26 de corrente também é alimentado com um sinal IQ_GEN de realimentaçao de corrente transversal e um sinal ID_GEN de realimentação de corrente longitudinal que são 37 derivados da medição das correntes IU, IV e IW de fase de gerador. A conversão de componentes trifásicos numa estrutura de referência estacionária para componentes longitudinais/transversais numa estrutura de referência síncrono é conseguida utilizando um bloco 34 de transformação Clarke/Park combinado. A transformação utiliza o ângulo Θ0 de fluxo de rotor para a conversão. Pode ser visto na Figura 3 que o controlador 26 de corrente também recebe os seguintes sinais adicionais: o sinal Φ* de pedido de fluxo de gerador (que pode ser constante ou variável, dependendo das características necessárias de sistema) e a frequência WO de estator de gerador. A frequência WO de estator é calculada a partir da soma da frequência de deslizamento com a frequência de rotor. A frequência de rotor é derivada da velocidade de rotor observada e do número de polos do gerador. 0 controlador 26 de corrente funciona através da comparação do sinal ID_GEN* de pedido de corrente longitudinal com o sinal ID_GEN de realimentação de corrente longitudinal e do sinal IQ_GEN*_LIM de pedido de corrente transversal limitado com o sinal 10 GEN de realimentação de corrente transversal e da aplicação dos erros resultantes a controladores PI independentes. As saídas dos controladores PI são, depois, somadas com sinais de acoplamento recíproco derivados do produto de pedidos de corrente e parâmetros de máquina para produzir uma tensão de saída total para os eixos longitudinal e transversal, VD_GEN* e VO GEN*, respectivamente. Os termos de acoplamento recíproco são mostrados na Figura 3 e emulam as equações de tensão padrão para o gerador 4 no estado estável. No que se refere aos termos de acoplamento reciproco, õLS é a indutância de dispersão de estator de gerador e RS é a resistência de estator de gerador. 38
As saídas de tensão finais do controlador 26 de corrente, VD_GEN* e VO GEN* são convertidas de coordenadas cartesianas para polares utilizando um conversor 38 de coordenadas. A magnitude V_GEN* de tensão total é calculada de acordo com a equação: V_GEN* = -j(vD_GEN *2 +VQJ3EN*2) e fornecida ao controlador 36 de sinal de comando de comando de porta. 0 ângulo entre a magnitude V_GEN* de tensão total e a tensão VQ_GEN* transversal é 0_GEN e é calculado a partir do arco tangente de VD GEN*/VO GEN* do seguinte modo:
0 ângulo 0_GEN entre a magnitude V_GEN* de tensão total e a tensão VO GEN* transversal é adicionado ao ângulo Θ0 de fluxo de rotor para determinar o ângulo com que a tensão total é impressa sobre os terminais de estator do gerador 4.
Os sinais individuais superior (U) e inferior (L) de comando de comando de porta para as três fases U, V e W, resultando em sinais UU, UL, VU, VL, WU e WL individuais da ponte 10 de gerador são calculados no gerador 30 de modulação de largura de impulso (PWM) utilizando a magnitude V_GEN* de tensão total, a soma dos ângulos 9_GEN e Θ0 e a frequência de modulação de largura de impulsos. O sinal VDC_FB de realimentação de tensão de barramento dc também é tido em conta nesses cálculos PWM. O sinal VDC_FB de realimentação de tensão de barramento dc pode 39 ser derivado de forma independente quando se utilizam controladores independentes para a ponte 10 de gerador e ponte 14 de rede, respectivamente. Isto é particularmente necessário quando a ponte 10 de gerador e a ponte 14 de rede estão fisicamente afastadas entre si e existe uma indutância significativa entre a capacidade de barramento dc de cada ponte. Em situações em que se proporciona um sinal de realimentação de tensão de barramento dc derivado de forma independente para cada ponte, então, será facilmente reconhecido que se deve fazer a seguinte substituição:
Para a ponte 10 de gerador: VDC_FB = VDC_FB_GEN Para a ponte 14 de rede: VDC_FB = VDC_FB_NET O controlador 26 de corrente também produz um sinal sem realimentação de potência indicativo da potência de gerador P0WER_FF, que é calculada do seguinte modo: PO WER_FF = V3(VQ_GEN * xIQ_GEN + VD_GEN * xID_GEN)
Isto é utilizado como um sinal de realimentação para o controlador 46 de ponte de rede.
Controlo de ponte de rede O controlo da ponte 14 de rede será, agora, explicado com referência às Figuras 1 e 4 a 7. O controlo é baseado num esquema de controlo de tensão e é diferente do esquema de controlo de ângulo de factor de potência e esquema de controlo 40 de potência reactiva utilizados nos conversores de potência convencionais descritos acima. 0 esquema de controlo de tensão inclui dois niveis de controlo. Com referência à Figura 7, o primeiro é definido ao nível do parque eólico e é sensível a um sinal de pedido de tensão de parque eólico que é, tipicamente, definido pela empresa pública que controla o parque eólico. Este sinal de pedido de tensão de parque eólico é comparado com um sinal de realimentação de tensão de parque eólico e o erro entre os dois sinais é aplicado a um controlador 40 integral mais proporcional para definir um sinal VTURB* de pedido de tensão de turbina que é transmitido para todas as turbinas TI a TN eólicas no parque eólico. Um segundo nível de controlo é, depois, aplicado a cada uma das turbinas eólicas individuais para regular a sua própria tensão de saída em resposta ao sinal VTURB* de pedido de tensão de turbina.
Com referência à Figura 4, em cada uma das turbinas eólicas do parque eólico, o sinal VTURB* de pedido de tensão de turbina é comparado, num nó 42 somador, com um sinal VO NET de realimentação subordinado de tensão transversal (ver abaixo) que é derivado de uma medição de tensão trifásica no lado de rede dos indutores 16. A diferença entre os dois sinais é fornecida a um controlador 44 PI para formar um sinal ID_NET* de pedido de corrente reactiva que é fornecido, através de um bloco 66 de limitação, a um controlador 58 de corrente descrito, em seguida, em mais pormenor. O sinal ID_NE T * de pedido de corrente reactiva é também reintroduzido, através de um controlador 48 de ganho proporcional, no nó 42 de soma para modificar ainda mais o sinal 41 de diferença de tensão. Isto serve para proporcionar uma caracteristica de dispersão, para que, quando múltiplas turbinas eólicas estão ligadas, entre si, em paralelo a um transformador de parque eólico através de diferentes impedâncias de conexão, a partilha de corrente reactiva entre cada turbina eólica seja mais equilibrada. 0 ganho de dispersão pode ser ajustado em função das configurações de rede local para proporcionar um equilíbrio de corrente adequado entre as turbinas eólicas e para respeitar as limitações nominais. Aplicam-se limites aos sinais ID_NET* e 10 NET* de pedido de corrente longitudinal e transversal, respectivamente, como descrito abaixo em situações de queda de tensão de rede. 0 esquema de controlo de tensão está integrado no controlador 46 de ponte de rede como se segue. 0 controlador 46 de ponte de rede tem cinco sinais de entrada principais e sete sinais de realimentação principais e utiliza-os para obter sinais de comando de comando de porta para controlar o funcionamento dos dispositivos de comutação de potência com semicondutores na ponte 14 de rede.
Os sinais de entrada incluem um sinal de pedido de tensão de barramento dc para a ponte VDC_NET* de rede, um sinal P* de pedido de exportação de potência, o sinal VTURB* de pedido de tensão de turbina, um parâmetro FACTOR DE POTÊNCIA definindo a corrente nominal de accionamento e o sinal P0WER_FF sem realimentação de potência fornecido pelo controlador 18 de ponte de gerador e que é indicativo da potência de gerador. Os sinais de realimentação incluem medições VRY, VYB e VBR de tensão trifásica (isto é, as medições de tensão através das assim denominadas linhas vermelha (R) , amarela (Y) e azul (B) de saída que fornecem energia da ponte 14 de rede para a rede) , medições 42 IR, IY e IB de corrente trifásica e o sinal VDC_FB de realimentação de tensão indicativo da tensão de barramento dc. Os sinais de realimentação são utilizados para obter os seguintes sinais de realimentação subordinados de tensão e corrente para a ponte 14 de rede nos eixos longitudinal e transversal: VD_NET, VQ_NET, ID_NET e IQ_NET. Além disso, um sinal IDC_LIM de controlo é transferido do controlador 46 de ponte de rede para o controlador 18 de ponte de gerador para permitir uma rápida redução de potência e controlo coordenado entre os controladores durante condições de falha de grelha. Durante essas condições de falha de grelha, o controlo de tensão de barramento dc é distribuído entre as pontes da rede e gerador de forma a não se extrair potência activa da rede de distribuição de energia e a conseguir os requisitos necessários de suporte de tensão de rede de distribuição de energia e exportação de potência. 0 bloco 68 de função incorpora um sistema de malha de captura de fase (PLL) para derivar o sinal UMAINS, que é uma medida do ângulo de tensão de rede. 0 sinal VDC_NET* de pedido de tensão de barramento dc só é necessário para responder a requisitos de arranque, para manter a conexão com a rede durante condições de vento nulo e permitir um controlo coordenado rápido da tensão de barramento dc entre o controlador 18 de ponte de gerador e o controlador 46 de ponte de rede durante condições de falha de grelha. Em funcionamento, o sinal VDC_FB de realimentação de tensão é subtraído do sinal VDC_NET* de pedido de tensão de barramento dc e o resultado é aplicado a um controlador 50 PI para determinar o sinal VDC PI IO NET*. Um sinal IO FF indicativo da corrente transversal de rede necessária para exportar a potência de 43 gerador instantânea é calculado no bloco 71 de função a partir do sinal POWER_FF sem realimentação de potência, um sinal representando a tensão VO NET de rede e um sinal PFF_GAIN de ganho que é uma saída do bloco 66 de limitação. Este é, depois, adicionado ao sinal VDC_PI_IQ_NET* para criar um sinal 10 NET* ilimitado. 0 sinal resultante é limitado por uma função de limite (bloco 52 de função de limite) controlada pelo menor de P*/VO NET ou pelo limite derivado dos requisitos de queda de tensão de rede.
Com referência à Figura 1, o sinal N de realimentação de velocidade de rotor é derivado de um sensor 54 de velocidade (ou, em alternativa, a partir de um sinal de velocidade de rotor observado) e, em seguida, filtrado para proporcionar um primeiro sinal Ν' de velocidade filtrado e um segundo sinal Ν'2 de velocidade filtrado. 0 segundo sinal Ν'2 de velocidade filtrado permite amortecer qualquer ressonância de veio por meio de um ganho KD de amortecimento. 0 primeiro sinal Ν' de velocidade filtrado proporciona um ponteiro para uma tabela 56 de consulta pré-calculada de pedido de potência versus velocidade filtrada. A tabela de consulta pode ser combinada com um controlador PI. 0 sinal P* de pedido de exportação de potência resultante, que é a soma dos sinais de amortecimento e de pedido de potência de tabela de consulta, é aplicado ao controlador 46 de ponte de rede, como mostrado na Figura 1. Mais particularmente, o sinal P* de pedido de exportação de potência é dividido pelo sinal VO NET de realimentação subordinado de tensão transversal para se tornar o sinal limitativo para o sinal IQ_NET de pedido de corrente transversal em condições de funcionamento normais. Em alternativa, o sinal P* de pedido de exportação de potência pode ser convertido no sinal IQ_NET de pedido de corrente transversal dividindo o sinal P* de pedido de exportação de potência por uma 44 versão filtrada do sinal VO NET de realimentação subordinado de tensão transversal que é derivado da tensão nos terminais de rede dos indutores 16. 0 sinal 10 NET* LIM de requisito de corrente transversal limitado (que é a saída do bloco 52 de função de limitação) é a entrada de um controlador 58 de corrente. 0 controlador 58 de corrente para a ponte 14 de rede inclui dois reguladores, um funcionando no eixo longitudinal e um funcionando no eixo transversal. Em geral, o controlador 58 de corrente funciona num sistema de referência síncrono alinhado com a tensão VO NET de rede transversal. A Figura 5 mostra os reguladores de corrente longitudinal e transversal globais da ponte 14 de rede.
Além do sinal 10 NET* LIM de pedido de corrente transversal limitado e de um sinal ID_NET*_LIM de pedido de corrente longitudinal limitado (que é a saída do bloco 66 de limitação) , o controlador 58 de corrente também é fornecido com um sinal 10 NET de realimentação de corrente transversal e um sinal ID_NET de realimentação de corrente longitudinal que são derivados da medição das correntes IR, IY e IB de fase de ponte de rede. A conversão de componentes trifásicos num sistema de referência estacionário para componentes longitudinais/transversais numa estrutura de referência síncrona é conseguida utilizando um bloco 70 de transformação Clarke/Park combinada. A transformação utiliza o ângulo 0MAINS de tensão de rede para a conversão. 0 controlador 58 de corrente funciona por comparação do sinal ID_NE T *_LIM de pedido de corrente longitudinal limitado com o sinal ID_NET de realimentação de corrente longitudinal e do sinal 10 NET* LIM de pedido de corrente transversal limitado 45 com o sinal 10 NET de realimentação de corrente transversal e aplicando os erros resultantes a controladores PI independentes. As saídas dos controladores PI são, depois, somadas com sinais de acoplamento recíproco derivados do produto de pedidos de corrente e valores de impedância de circuito do lado de rede para produzir uma tensão de saída total para os eixos VD_NET* e VO NET*, longitudinal e transversal, respectivamente. Os termos de acoplamento recíproco são mostrados na Figura 5 e emulam as equações de tensão padrão para o circuito de rede global no estado estável. Com referência aos termos de acoplamento recíproco, LN é a indutância de filtro de rede e WN é a frequência da forma de onda de tensão de rede.
As saídas de tensão finais do controlador 58 de corrente, VD_NET* e VQ_NET*, são convertidas de coordenadas cartesianas para polares utilizando um conversor de 64 de coordenadas. A magnitude V_NET* de tensão total é calculada de acordo com a equação: V_NET* - V(VD_NET*5 +VQ_NET*2) e fornecida ao controlador 62 de sinal de comando de comando de porta. 0 ângulo entre a magnitude V_NET* de tensão total e a tensão VO NET* transversal é Θ_ΝΕΤ e é calculado a partir do arco tangente de VD NET*/V0 NET* da seguinte forma: Θ NET = arctan VD_NET *\
VQ_NET* J 0 ângulo Θ_ΝΕΤ entre a magnitude V_NET* de tensão total e a tensão VO NET* transversal é adicionado ao ângulo 0MAINS de 46 tensão de rede para determinar o ângulo segundo o qual a tensão total vai ser impressa pela ponte 14 de rede no circuito do lado de rede total.
Os sinais individuais, superior (U) e inferior (L) , de comando de comando de porta para as três fases R, Y e B resultando em sinais RU, RL, YU, YL, BU e BL individuais da ponte 14 de rede são calculados no gerador 60 de modulação de largura de impulsos utilizando a magnitude V_NET* de tensão total, a soma dos ângulos Θ_ΝΕΤ e UMAINS e a frequência de modulação de largura de impulsos. O sinal VDC_FB de realimentação de tensão de barramento dc é também tido em conta nestes cálculos de PWM. O sinal DC VDC_FB de realimentação de tensão de barramento dc pode ser obtido, de forma independente, quando se utilizam controladores independentes para a ponte 14 de rede e ponte 10 de gerador, respectivamente. Isto é particularmente necessário quando a ponte 10 de gerador e a ponte 14 de rede estão fisicamente afastadas entre si e existe uma indutância significativa entre a capacidade de barramento dc de cada ponte. Em situações em que se proporciona, para cada ponte, um sinal de realimentação de tensão de barramento dc obtido de forma independente, então, será facilmente reconhecido que se pode fazer a seguinte substituição:
Para a ponte 14 de rede: VDC_FB = VDC_FB_NET Para a ponte 10 de gerador: VDC_FB = VDC_FB_GEN
Em situações em que ocorre uma queda de tensão na rede, o bloco 66 de limitação calcula a respectiva alocação de corrente disponível da ponte 14 de rede, com base nos seus limites térmicos, aos eixos transversal e longitudinal e também calcula a corrente IDC_LIM máxima de barramento dc de gerador. O sinal IDC_LIM fornecido pelo controlador 46 de ponte de rede ao controlador 18 de ponte de gerador é utilizado para definir, rapidamente, o nível de corrente que pode ser fornecida pela ponte 10 de gerador ao barramento 12 dc intermédio.
Existem requisitos diferentes nos vários códigos de rede dando prioridade à saída de corrente activa ou reactiva e às percentagens de corrente reactiva necessárias em função da magnitude de queda. Por outras palavras, o comportamento do conversor de potência depende de como é parametrizado para funcionar em diferentes países ou regiões.
Em geral, o funcionamento do conversor de potência é fundamentalmente diferente do funcionamento dos conversores de potência convencionais acima descritos porque mantém o controlo do barramento 12 dc durante quedas de tensão de rede ao controlar, directamente, o fluxo de potência proveniente do gerador 4. Ao manter o controlo da tensão de barramento dc durante uma queda de tensão de rede, é possível manter a saída de corrente reactiva exigida da ponte 14 de rede para satisfazer os requisitos de suporte de tensão da rede de fornecimento de energia.
Durante uma queda de tensão de rede, o controlador de tensão de barramento dc de ponte de rede (uma combinação do controlador 50 PI e do nó de soma anterior) torna-se o mestre do sistema de conversor de potência e aloca sinais de limite de potência e sinais de limite de corrente de barramento dc para a ponte 14 de rede e para a ponte 10 de gerador, respectivamente, com base na magnitude da queda de tensão de rede. 48 A exportação de potência do barramento 12 dc é determinada pela referência de potência aplicada à ponte 14 de rede. À medida que mais potência é exportada pelo barramento 12 dc (para descarregá-la), então, a ponte 10 de gerador vai reagir a isso para retirar mais potência do gerador 4 para reabastecer o barramento dc. Isto está em contraste directo com os conversores de potência convencionais de quatro, em que a potência é carregada no barramento dc para aumentar a tensão de barramento dc em resultado do pedido de binário aplicado à ponte de gerador. A exportação de potência para a rede é, então, determinada pela acção do controlador de ponte de rede quando a tensão de barramento dc excede o pedido de tensão de ponte de rede.
Funcionamento do conversor de potência
Uma implementação operacional possível da topologia de conversor de potência acima é como se segue. No arranque, o valor do sinal VDC_NET* de pedido de tensão de barramento dc é de 1050 volts. Os dispositivos de comutação de potência com semicondutores na ponte 14 de rede são activados e, sob o controlo do controlador 46 de ponte de rede, levam a tensão de barramento dc até aos 1050 volts. Isso requer, quase sempre, uma importação de potência da rede de distribuição de energia para o barramento 12 dc, pelo que o sinal IQ_NET* de saída de pedido de corrente transversal irá resultar num fluxo de potência para o barramento dc nesta condição de arranque.
Ao mesmo tempo, o valor do sinal VDC_GEN* de pedido de tensão de barramento dc aplicado ao controlador 18 de potência de ponte de gerador é de 1100 volts. 49
Assumindo que o vento sopra e a turbina 2 eólica está a rodar, quando a ponte 10 de gerador é activada, esta vai controlar a corrente ID_GEN longitudinal para atingir o fluxo magnético necessário no gerador 4 para as condições de velocidade prevalecentes e a corrente IO GEN transversal será ajustada sob o controlo da ponte 10 de gerador para alcançar o objectivo de uma tensão de barramento dc de 1100 volts. À medida que a tensão de barramento dc aumenta para se atingir o objectivo de 1100 volts, esta vai exceder o sinal VDC_NET* de pedido de tensão de barramento dc para a ponte 14 de rede. Como resultado, o sinal de erro derivado pelo controlador 46 de ponte de rede quando subtrai o sinal VDC_NET* de pedido de tensão de barramento dc do sinal VDC_FB de realimentação de tensão actuará de modo a que haja transferência de potência do barramento 12 dc para a rede de distribuição de energia, sendo a magnitude desta transferência de potência limitada (o bloco 52 de função de limitação) por um sinal derivado do sinal P* de pedido de exportação de potência. O sinal N de sensor de velocidade é filtrado para proporcionar um primeiro sinal Ν' de velocidade filtrado e uma segunda velocidade Ν' 2 filtrada. 0 ganho KD de amortecimento aplicado ao segundo sinal N'2 de velocidade filtrado permite amortecer a ressonância de veio na unidade de accionamento de turbina. 0 primeiro sinal Ν' de velocidade filtrado é utilizado como o ponteiro para uma tabela 56 de consulta de P* ver sus Ν' pré-calculada. O sinal P* de pedido de exportação de potência derivado da tabela 56 de consulta é aplicado ao controlador 46 de potência para a ponte 14 de rede. O sinal P* de pedido de exportação de potência é dividido pela tensão VO NET de rede transversal prevalecente para obter um sinal limite para aplicar ao sinal IO NET de saída 50 de pedido de corrente transversal derivado do sinal VDC_NET* de pedido de tensão de barramento dc para a ponte 14 de rede.
No caso de uma queda de tensão de rede, a alocação de potência de saída nominal (VA) aos eixos activos e reactivo do controlador 46 de ponte de rede irá ser determinada em conformidade com os requisitos do código de rede específico para os quais a turbina eólica é parametrizada. 0 Limite de Potência Aparente é calculado a partir da tensão V_NET prevalecente medida pelos circuitos de realimentação de tensão de rede e corrente I_OVERLOAD nominal de sobrecarga de inversor de rede. Mais particularmente:
Limite de Potência Aparente = (V_NET x I_OVERLOAD)
Na Figura 4, a FACTOR DE POTÊNCIA de entrada é equivalente a I_OVERLOAD na equação acima. 0 conversor de potência funciona de uma forma dinâmica para acomodar alterações na velocidade do vento. Por exemplo, para uma velocidade do vento crescente, a velocidade de rotação da turbina 2 eólica também irá aumentar, proporcionando, por conseguinte, um aumento do sinal P* de pedido de exportação de potência para o controlador 46 de ponte de rede. 0 controlador 46 de ponte de rede faz com que a ponte 14 de rede exporte mais potência do barramento 12 dc para a rede de distribuição de energia. 0 aumento da quantidade de potência que é exportada para a rede de distribuição de energia leva a uma redução na tensão de barramento dc. 0 controlador 18 de ponte de gerador responde a essa queda na tensão de barramento dc pela acção do controlador 76 de tensão de barramento dc (compreendendo o 51 controlador 20 PI e o nó de soma anterior) que faz com que a ponte 10 de gerador extraia mais potência do gerador 4 para fornecer mais corrente ao barramento 12 dc até se obter um novo estado estável (i. e., quando a quantidade de potência que é fornecida à rede de distribuição de energia pela ponte 14 de rede é igual à quantidade de potência que é fornecida à ponte 10 de gerador proveniente do gerador 4) . Neste estado estável, a tensão de barramento dc coincide com o sinal VDC_GEN* de pedido de tensão de barramento dc. Quando há redução na velocidade do vento, ocorrem acções de controlo opostas.
Durante as mesmas condições de um aumento da velocidade do vento, o conversor de potência descrito na Patente dos Estados Unidos 5083039 modifica um sinal de pedido de binário que é fornecido para o controlador de ponte de gerador para aumentar o binário de gerador e, consequentemente, aumentar o fluxo de alimentação proveniente do gerador através da ponte de gerador para o barramento dc. Isto provoca um aumento na tensão de barramento dc. O controlador de ponte de rede, em seguida, reage ao aumento da tensão de barramento dc pela acção do seu controlador de tensão de barramento dc para aumentar a quantidade de potência que é exportada para a rede de distribuição de energia e, consequentemente, reduzir a tensão de barramento dc para o seu valor de referência. A Patente dos Estados Unidos 5083039 descreve, por conseguinte, uma situação em que mais fluxo de potência é "empurrado" através do conversor de potência, proveniente do gerador, para o barramento dc em resposta a um aumento na velocidade do vento e a resposta secundária é exportar potência do barramento dc para a rede de distribuição de energia através da ponte de rede. No entanto, o conversor de potência da presente invenção funciona de uma forma oposta, pelo que, em 52 resposta a um aumento na velocidade do vento, mais potência é "puxada" para fora do barramento 12 dc pela ponte 14 de rede e a resposta secundária é importar energia para o barramento dc a partir do gerador 4 através da ponte 10 de gerador para conseguir mais corrente no barramento dc.
Topologias alternativas de conversor de potência
As topologias básicas de duas configurações alternativas e diferentes de conversor de potência serão descritas com referência às Figuras 8 a 14. Os conversores de potência alternativos são muito semelhantes ao conversor de potência da Figura 1 e às partes idênticas foram atribuídos os mesmos algarismos de referência. A finalidade das topologias dos conversores de potência alternativos é eliminar uma ou até três características do conversor de potência da Figura 1, nomeadamente: (i) o sinal VDC_NET* de pedido de tensão de barramento dc para a ponte 14 de rede e o seu sinal VDC_FB de realimentação de tensão associado e controlador 50 PI, (i i) o sinal IDC_LIM que é fornecido pelo controlador 46 de ponte de rede e utilizado para limitar o sinal IDC_GEN* de pedido de corrente de barramento dc durante condições de falha de grelha e (iii) o sinal POWER__FF sem realimentação de potência que é produzido pelo controlador 26 de corrente. A primeira topologia de potência alternativa elimina apenas as características do sinal VDC_NET* de pedido de tensão de barramento dc para a ponte 14 de rede, o seu sinal VDC_FB de realimentação de tensão associado e controlador 50 PI. Também modifica a acção do sinal IDC_LIM ao substitui-lo por um novo sinal IDC_FF sem realimentação. Um sinal POWER_FF' sem 53 realimentação de potência modificado permanece activo, mas só é utilizado pelo controlador 46 de ponte de rede durante uma situação de queda de tensão de rede de distribuição de energia. Apenas neste caso, o sinal POWER_FF' sem realimentação de potência modificado é calculado a partir do sinal POWER_FF sem realimentação de potência padrão descrito noutro local menos a saida do controlador 20 PI do controlador 76 de tensão de barramento dc. Isto é mostrado na Figura 9. O sinal POWER_FF' sem realimentação de potência modificado é utilizado no controlador 46 de ponte de rede em conjunto com um sinal (denominado 10 CAPACITY) relacionado com a capacidade IQ da ponte 14 de rede durante uma situação de queda de tensão de rede de distribuição de energia, limite de potência POWER_LIMIT e um sinal relacionado com a amplitude da tensão VO NET de rede prevalecente para calcular um sinal 10 NET* LIM de pedido de corrente transversal limitado que é utilizado durante uma situação de queda de tensão de rede de distribuição de energia. A fonte nominal para o sinal IQ_NET*_LIM é ignorada nesta situação.
Em topologias onde o sinal VDC_NET* de pedido de tensão de barramento dc para a ponte de rede é eliminado, então, a ponte 14 de rede pode ser energizada com a tensão de rede. A tensão de barramento dc é determinada pelo valor rectificado da tensão de rede, que é, nominalmente, V 2 χ VLL (i. e., a tensão linha a linha nos terminais ac da ponte 14 de rede) . Isto estabelece um fornecimento de potência dc a partir do qual se podem obter circuitos auxiliares, tais como o(s) microprocessador(es) para o controlador 18 de ponte de gerador e controlador 46 de ponte de rede, e a potência de comando de porta para a ponte 10 de gerador e ponte 14 de rede. A tensão de barramento dc está, 54 então, disponível para proporcionar fluxo do gerador 4 e controlá-lo.
Assumindo que o vento sopra e a turbina 2 eólica está a rodar, então, o gerador 4 pode começar a fornecer energia ao barramento 12 dc e atingir uma tensão de barramento dc que é igual ao sinal VDC_GEN* de pedido de tensão de barramento dc. A topologia básica da primeira configuração alternativa de conversor de potência será, agora, descrita com referência às Figuras 8 a 10. Nesta configuração, o controlador 76 de tensão de barramento dc do controlador 18 de ponte de gerador permanece activo em todas as condições de funcionamento. Em condições de estado estável, a acção do termo integral no controlador 20 PI do controlador 76 de tensão de barramento dc é minimizada pela inclusão do sinal IDC_FF sem realimentação proveniente do controlador 46 de ponte de rede. Em situações de queda de tensão de rede de distribuição de energia, o sinal IDC_FF sem realimentação proporciona informação sobre a quantidade de corrente dc a fornecer pela ponte 14 de gerador em resposta a alterações na tensão de rede de distribuição de energia. O sinal IDC_FF é calculado no bloco 90 de função. Ao incluir estas características, a variação na tensão de barramento dc durante situações de queda de tensão de rede de distribuição de energia é minimizada. Além disso, a acção necessária pelo termo integral, no controlador 20 PI do controlador 76 de tensão de barramento dc é minimizada e, por conseguinte, requer desvios muito menores na tensão de barramento dc propriamente dita para aumentar ou diminuir o valor integral para o valor correcto, para se conseguir um funcionamento de estado estável. 55 A topologia básica da segunda configuração de conversor de potência alternativa será, agora, descrita com referência às Figuras 11 a 14. Nesta configuração, a tensão de barramento dc do controlador 46 de ponte de rede é eliminada como descrito acima.
Uma primeira opção para o controlo de barramento dc para a ponte 10 de gerador da segunda configuração de controlador de potência alternativa será, agora, descrita com referência às Figuras 11 e 12. A finalidade do sinal IDC_LIM no conversor de potência da Figura 1 é passar informação crítica sobre as condições de tensão de rede prevalecentes e niveis de produção de potência para o controlador 18 de ponte de gerador. Isto é particularmente importante durante uma situação de queda de tensão de rede de distribuição de energia quando a capacidade de produção de potência é extremamente limitada. No conversor de potência alternativo, o sinal IDC_LIM é substituído por um sinal IDC_NET' inferido que é utilizado apenas pelo controlador 18 de ponte de gerador. O sinal IDC_NET inferido é calculado a partir de informação que está disponível para o controlador 18 de gerador de ponte pela seguinte equação: IDC NET = POWER FF'j VDC FB )
No segundo conversor de potência alternativo, o sinal POWER_FF de potência de gerador é derivado do controlador 26 de corrente do controlador 18 de ponte de gerador, como ilustrado na Figura 3, utilizando a equação: 56 POWERJFF = V3(VQ_GEN * xIQ_GEN+VD_GEN * xID_GEN)
No entanto, o sinal POWER_FF de potência de gerador não é fornecido ao controlador 46 de ponte de rede, mas é utilizado apenas pelo controlador 18 de ponte de gerador na derivação do sinal IDC_NET' inferido. (POWER_FF tem a mesma derivação, neste caso, que POWER_FF da primeira configuração mostrada na Figura 2. Mantém-se a denominação POWER_FF por uma questão de consistência nesta descrição, no entanto, o sinal, neste caso, não é um sinal sem realimentação de potência literal.) 0 sinal IDC_NET' inferido é utilizado para indicar a corrente dc efectiva que a ponte 14 de rede exporta para a rede de distribuição de energia, mas é calculado a partir das condições da ponte 10 de gerador.
Dividindo o sinal POWER_FF de potência de gerador pelo sinal VDC_FB de realimentação de tensão obtém-se a corrente dc efectiva que está a ser fornecida ao barramento 12 dc da ponte 10 de gerador. A medição da corrente de carga (ou descarga) do condensador 82 de alta capacidade no barramento 12 dc é conseguida pela adição de um pequeno condensador 78 em paralelo com o condensador de alta capacidade, medindo a corrente no pequeno condensador utilizando um sensor 80 de corrente e redimensionando a corrente medida por um factor relacionado com a relação entre a capacidade do pequeno condensador e a capacidade total do barramento 12 dc. O símbolo do sinal I_CAP de corrente é positivo quando o condensador 82 de alta capacidade está a ser carregado e negativo quando está a ser 57 descarregado. Uma vez que a corrente que flui no condensador 82 de alta capacidade é uma forma de onda comutada, é necessário integrar a corrente ao longo de um período de modulação de largura de impulsos (PWM). 0 sinal IDC_NET' inferido é adicionado à saída do controlador 76 de tensão de barramento dc no nó somador mostrado na Figura 12.
Quando ocorre uma situação de queda de tensão de rede de distribuição de energia, no primeiro caso, a ponte 10 de gerador não tem conhecimento de que a ponte 14 de rede já não consegue exportar energia para a rede de distribuição de energia à taxa anterior. A corrente em excesso entre a que foi importada do gerador 4 e a que está a ser exportada para a rede de distribuição de energia carrega o condensador 82 de alta capacidade e é vista como um sinal de aumento na corrente de carga do condensador de alta capacidade derivado do sinal I_CAP de corrente. O sinal IDC_NET' é, então, recalculado e modifica o sinal a adicionar à saída do controlador 76 de tensão de barramento dc, modificando, por conseguinte, a potência real que está a ser importada do gerador 4 durante a situação de queda de tensão de rede de distribuição de energia.
Em situações em que a capacidade elevada de barramento dc da ponte 10 de gerador e da ponte 14 de rede são separadas por uma distância significativa, pode haver uma indutância inter-pontes que gera uma ressonância entre os dois condensadores de alta capacidade desacoplados. Neste caso, o pequeno condensador 78 pode ser substituído por uma rede de dois condensadores e um indutor que são seleccionados para atingir a mesma frequência de ressonância que a combinação da capacidade dos condensadores de 58 alta capacidade desacoplados e a indutância inter-pontes. A corrente é, então, medida como a corrente que flui nos dois pequenos condensadores de modo a que qualquer ressonância entre eles seja anulada pelo processo de medição. 0 controlo de potência para a ponte 14 de rede será, agora, descrito em mais pormenor recorrendo à Figura 13. IQ_CAPACITY é um sinal que diz respeito aos parâmetros de capacidade motriz e à tensão VO NET de rede prevalecente. Deve compreender-se que a ponte 10 de gerador e o controlador 18 de ponte de gerador, juntos, um tempo de resposta finito a alterações nas condições de funcionamento. Para ter isto em conta no controlador 46 de ponte de rede, o sinal IO CAPACITY é limitado em termos de velocidade de variação para produzir um sinal IQ_NET*_LIM de pedido de corrente transversal limitado que se aplica apenas durante uma situação de queda de tensão de rede de distribuição de energia. O limite de velocidade de variação é afinado de modo a que o sinal IO NET* LIM de pedido de corrente transversal limitado diminua com a mesma velocidade com que a potência diminui na ponte 10 de gerador. O limite de velocidade de variação está afinado correctamente quando a perturbação de tensão de barramento dc ocorrendo durante uma situação de queda de tensão de rede de distribuição de energia é minimizada. 0 interruptor 84 utiliza a saída de uma função de limite de velocidade de variação quando DIP_DETECT = 1 (i. e., quando se determinou que existia uma situação de queda de tensão de rede de distribuição de energia pelo bloco 86 de limitação recorrendo a condições de tensão de rede específicas e à parametrização do controlador 46 de ponte de rede). Caso contrário, em situações normais de funcionamento, quando DIP_DETECT = 0, então, o sinal 59 ΙΟ ΝΕΤ* de pedido de corrente transversal é derivado da tensão VO NET de rede prevalecente e do limite POWER_LIMIT de potência final determinado pelos parâmetros de capacidade motriz, como mostrado na Figura 12. 0 sinal 10 NET* de pedido de corrente transversal é limitado por uma função de fixação determinada pelo sinal P* de pedido de exportação de potência e tensão VQ_NET de rede prevalecente. Quando DIP_DETECT =0, a saída da função de fixação é aplicada ao controlador 58 de corrente 58 como o sinal IQ_NET*_LIM de pedido de corrente transversal limitado. 0 bloco 86 de limitação proporciona um sinal ID_NET*_LIM de pedido de corrente longitudinal limitado para o controlador 58 de corrente numa situação de queda de tensão de rede de distribuição de energia. Em situações normais de funcionamento, o sinal ID__NET* de pedido de corrente longitudinal é fornecido directamente ao controlador 58 de corrente como o sinal ID_NET*_LIM de pedido de corrente longitudinal limitado.
Uma segunda opção para controlo de barramento dc para a ponte 10 de gerador da segunda configuração de controlador de potência alternativa será, agora, descrita com referência às Figuras 11 e 14.
Se o conversor de potência estiver a funcionar a plena capacidade, por exemplo, então, o integral do controlador 20 PI do controlador 76 de tensão de barramento dc terá um valor significativo. Na ausência de quaisquer outras características de controlo, no caso de uma queda de tensão de rede de distribuição de energia, então, teria que ocorrer um erro de tensão de barramento dc para descarregar ou repor o valor integral. Esse erro de tensão de barramento dc seria um fenómeno 60 transitório de tensão positiva com um risco de ocorrer um disparo por sobretensão no barramento dc devido a limitações de tensão finitas de hardware.
Durante uma situação de queda de tensão de rede de distribuição de energia, a taxa de alteração do sinal VDC_FB de realimentação de tensão de indicativo da tensão de barramento dc (como representado por dVDC-FB/dt) é significativamente maior do que aconteceria durante o funcionamento normal do conversor de potência. Se dVDC_FB/dt for maior do que um limiar, pode deduzir-se que algo afectou a capacidade da ponte 14 de rede para exportar potência e é provável que isso seja o caso de a tensão de rede ter diminuído. A segunda opção para controlo de barramento dc mostrada na Figura 14 é baseada na determinação de que, se o sinal VDC_FB de realimentação de tensão for maior do que um primeiro limiar (VDC_FB_THRESHOLD) e dVDC_FB/dt for maior do que um segundo limiar (dVDC_FB/dt_THRESHOLD) , então o valor integral no controlador 20 PI é multiplicado por um valor inferior a 1, em que o valor é determinado por parametrização do controlador 18 de ponte de gerador.
Se estes requisitos de limiar continuarem a ser excedidos, então, a mesma acção de controlo de barramento dc irá ser aplicada em varrimentos consecutivos de PWM (i. e., em que um único varrimento de PWM representa uma iteração do programa de controlo) , de modo a que o valor integral no controlador 20 PI seja sequencialmente reduzido.
Os dois parâmetros de limiar são baseados no conhecimento das características de turbinas eólicas, a dVDC_FB/dt máxima 61 esperada durante o funcionamento normal e a dVDC_FB/dt esperada em caso de uma falha na grelha. A dVDC_FB/dt máxima esperada durante o funcionamento normal pode ser calculada com o conhecimento da capacidade de barramento dc e dos parâmetros de capacidade motriz.
Funcionamento do conversor de potência alternativo
Uma implementação operacional possível da topologia de conversor de potência alternativa mostrada nas Figuras 11 a 14 é como se segue. No arranque, a tensão de barramento dc é estabelecida por circuitos de pré-carga adequados (não mostrados) a partir do transformador 6 mostrado na Figura 11. Neste ponto, os dispositivos de comutação de potência com semicondutores na ponte 14 de rede permanecem desactivados. 0 valor do sinal VDC_GEN* de pedido de tensão de barramento dc aplicado ao controlador 18 de potência de ponte de gerador é de 1100 volts.
Assumindo que o vento sopra e a turbina 2 eólica está a rodar, quando a ponte 10 de gerador é activada, vai controlar a corrente ID_GEN longitudinal de modo a obter o fluxo magnético necessário no gerador 4 para as condições de velocidade prevalecentes e a corrente 10 GEN transversal será ajustada sob o controlo da ponte 10 de gerador para se conseguir o objectivo de uma tensão de barramento dc de 1100 volts. O sinal P* de pedido de exportação de potência tem o valor zero e a saída do controlador 88 de tensão de rede de turbina (e, mais particularmente, o controlador 44 PI) é forçada a ter o 62 valor zero. Neste ponto, os dispositivos de comutaçao de potência com semicondutores na ponte 14 de rede estão activados.
No modo normal de funcionamento, em que a tensão de rede de distribuição de energia observada nos terminais ac da ponte 14 de rede está dentro dos limites normais, então, implementa-se a seguinte acção de controlo. 0 sinal N de sensor de velocidade é filtrado para proporcionar um primeiro sinal Ν' de velocidade filtrado e uma segunda velocidade Ν'2 filtrada. 0 ganho KD de amortecimento aplicado ao segundo sinal Ν'2 de velocidade filtrado proporciona o amortecimento da ressonância de veio na unidade motriz de turbina. 0 primeiro sinal Ν' de velocidade filtrado é utilizado como o ponteiro para uma tabela 56 de consulta pré-calculada de P* versus Ν'. 0 sinal P* de pedido de exportação de potência derivado da tabela 56 de consulta é aplicado ao controlador 46 de potência para a ponte 14 de rede. 0 sinal P* de pedido de exportação de potência aplicado é dividido pela tensão VO NET transversal prevalecente de rede para obter um sinal limite. Este sinal limite é aplicado através de uma função de fixação ao sinal 10 NET* de pedido de corrente transversal para formar o sinal 10 NET* LIM de pedido de corrente transversal.
Neste modo de funcionamento, o valor do sinal IQ_NET* de pedido de corrente transversal é um valor superior ao valor máximo que pode ser derivado do sinal P* de pedido de exportação de potência de modo a que a função de amortecimento descrita acima permaneça activa.
No caso de uma queda de tensão de rede de distribuição de energia, a alocação de potência de saida nominal (VA) aos eixos activo e reactivo do controlador 46 de ponte de rede irá ser 63 determinada em conformidade com os requisitos do código de rede específico para o qual a turbina eólica é parametrizada.
Implementações práticas da topologia do conversor de potência
As configurações de topologia de conversor de potência podem ser implementadas como se seguem. A ponte 10 de gerador e ponte 14 de rede podem, cada uma, ser implementadas utilizando um módulo inversor DELTA MV3000 arrefecido a líquido com uma potência nominal adequada. Este é um inversor de fonte de tensão com base em IGBT adequado para funcionar numa rede de 690 V ac, com uma tensão de barramento dc resultante de 1100 V. O controlador 18 de ponte de gerador e o controlador 46 de ponte de rede podem, cada um, ser implementados utilizando um controlador de DELTA MV3000. Este é um controlador electrónico com base em microprocessador, cujo firmware incorpora a funcionalidade necessária para compreender os esquemas de controlo de potência acima. 0 microprocessador funciona com uma base de tempo fixa, por vezes denominada "tempo de varrimento", relacionada com a frequência de modulação de largura de impulso (PWM) do controlador. Todos estes produtos são fornecidos pela Converteam Ltd de Boughton Road, Rugby, Warwickshire, CV21 1BU.
Modificações possíveis na topologia de conversor de potência
Os conversores de potência propostos descritos acima podem ser configurados de um modo semelhante se o gerador 4 de indução for substituído por um gerador síncrono de íman permanente ou de campo gerado por bobinas. Em situações em que se emprega um gerador síncrono de campo gerado por bobinas, a entrada de excitação de campo adicional para o gerador irá, tipicamente, ser utilizada para fornecer o fluxo principal, tendo o sinal de pedido de corrente longitudinal de estator o valor zero. Em situações de dinâmica elevada e/ou de enfraguecimento de campo, o sinal de pedido de corrente longitudinal de estator pode ter valores diferentes de zero para ajustar mais rapidamente o fluxo do gerador. Tipicamente, o gerador será uma máquina trifásica, podendo, no entanto, empregar-se outros números de fase. 0 conversor de potência também pode ser configurado para funcionar com inversores multinível e não com a configuração de inversor de dois níveis acima descrita. A configuração de controlador descrita acima propõe dois controladores independentes que são coordenados por meio de sinais de controlo a enviar pelo controlador 18 de ponte de gerador para o controlador 46 de ponte de rede e vice-versa. Seria, igualmente, adequado integrar a funcionalidade dos controladores num único controlador físico. Da mesma forma, a funcionalidade poderia ser distribuída por mais de dois controladores se isso fosse conveniente para a implementação prática do conversor de potência.
Lisboa, 17 de Agosto de 2012 65

Claims (66)

  1. REIVINDICAÇÕES 1. Conversor de potência que pode ser utilizado para agir como interface para um gerador (4) que fornece tensão variável com uma frequência variável a uma rede de distribuição de energia (REDE) funcionando com uma tensão nominalmente fixa e frequência nominalmente fixa, compreendendo o conversor de potência: um primeiro rectificador/inversor (10) activo que pode ser conectado electricamente ao estator do gerador (4) e incluindo uma pluralidade de dispositivos de comutação de potência com semicondutores; um segundo rectificador/inversor activo (14) incluindo uma pluralidade de dispositivos de comutação de potência com semicondutores; um barramento (12) dc conectado entre o primeiro primeiro rectificador/inversor activo (10) e o segundo rectificador/inversor activo (14); um filtro (16) conectado entre o segundo rectificador/inversor (14) activo e a rede (REDE) de distribuição de energia, incluindo o filtro (16) terminais de rede; um primeiro controlador (18) para o primeiro rectificador/inversor activo ((10); e 1 um segundo controlador (46) para o segundo rectificador/inversor (14) activo; em que o primeiro controlador (18) está configurado para utilizar um sinal (VDC_GEN*) de pedido de tensão de barramento dc indicativo de uma tensão de barramento dc desejada para controlar os dispositivos de comutação de potência com semicondutores do primeiro rectificador/inversor (10) activo para obter o nível desejado de tensão de barramento dc que corresponde ao sinal (VDC_GEN*) de pedido de tensão de barramento dc; e em que o segundo controlador (46) está configurado para utilizar um sinal (P*) de pedido de potência indicativo do nível de potência a transferir do barramento (12) dc para a rede (REDE) de distribuição de energia por meio do segundo rectificador/inversor (14) activo e um sinal (VTURB*) de pedido de tensão indicativo da tensão a obter nos terminais de rede do filtro (16) para controlar os dispositivos de comutação de potência com semicondutores do segundo rectificador/inversor (14) activo para obter os níveis desejados de potência e tensão que correspondem aos sinais (P* e VTURB*) de pedido de potência e tensão.
  2. 2. Conversor de potência, de acordo com a reivindicação 1, em que o primeiro controlador (18) está ainda configurado para utilizar um sinal (Φ*) de pedido de fluxo indicativo de um nível desejado de fluxo a obter no gerador (4), converter o sinal (Φ*) de pedido de fluxo num sinal (ID_GEN*) de pedido de corrente longitudinal para o primeiro 2 rectificador/inversor (10) activo e está ainda configurado para controlar os dispositivos de comutação de potência com semicondutores do primeiro rectificador/inversor (10) activo para produzir quantidades eléctricas de estator que permitem obter a corrente longitudinal desejada para o primeiro rectificador/inversor (10) activo.
  3. 3. Conversor de potência, de acordo com a reivindicação 2, em que o primeiro controlador (18) está ainda configurado para converter o sinal (Φ*) de pedido de fluxo para o sinal (ID_GEN*) de pedido de corrente longitudinal recorrendo a uma ou mais características do gerador.
  4. 4. Conversor de potência, de acordo com qualquer reivindicação anterior, em que o primeiro controlador (18) está ainda configurado para comparar o sinal (VDC_GEN*) de pedido de tensão de barramento dc indicativo de uma tensão de barramento dc desejada com um sinal (VDC_FB) de realimentação de tensão de barramento dc para determinar um sinal (IO GEN*) de pedido de corrente transversal para o primeiro rectificador/inversor (10) activo e está ainda configurado para controlar os dispositivos de comutação de potência com semicondutores do primeiro rectificador/inversor (10) activo para produzir quantidades eléctricas de estator que permitem obter a corrente transversal desejada para o primeiro rectificador/inversor (10) activo.
  5. 5. Conversor de potência, de acordo com a reivindicação 4, em que o segundo controlador (46) está ainda configurado para fornecer um sinal (IDC_LIM) de controlo, que varia de acordo com as condições de tensão da rede de distribuição de 3 energia prevalecentes, para o primeiro controlador (18) e, em que o primeiro controlador (18) está ainda configurado para comparar o sinal (VDC_GEN*) de pedido de tensão de barramento dc indicativo de uma tensão de barramento dc desejada com o sinal (VDC_FB) de realimentação de tensão de barramento dc para determinar um sinal (IDC_GEN*) de pedido de corrente de barramento dc, limitar o sinal (IDC_GEN*) de pedido de corrente de barramento dc utilizando o sinal (IDC_LIM) de controlo do segundo controlador (46) para determinar um sinal (IDC_GEN*_LIM) de pedido limitado de corrente de barramento dc e está ainda configurado para utilizar o sinal (IDC_GEN*_LIM) de pedido limitado de corrente de barramento dc para determinar o sinal (10 GEN*) de pedido de corrente transversal para o primeiro rectificador/inversor (10) activo.
  6. 6. Conversor de potência, de acordo com a reivindicação 4, em que o segundo controlador (46) está ainda configurado para fornecer um sinal (IDC_FF) de controlo que varia de acordo com as condições de tensão prevalecentes da rede de distribuição de energia e/ou o sinal (P*) de pedido de potência para o primeiro controlador (18) e, em que um controlador (76) de tensão de barramento dc do primeiro controlador (18) está ainda configurado para comparar o sinal (VDC_GEN*) de pedido de tensão de barramento dc indicativo de uma tensão de barramento dc desejada com o sinal (VDC_FB) de realimentação de tensão de barramento dc para proporcionar um sinal de saída que é adicionado ao sinal (IDC_FF) de controlo para determinar um sinal (IDC_GEN*) de pedido de corrente de barramento que é utilizado para determinar o sinal (10 GEN*) de pedido de 4 corrente transversal para o primeiro rectificador/inversor (10) activo.
  7. 7. Conversor de potência, de acordo com qualquer das reivindicações 4 a 6, em que o segundo controlador (46) está ainda configurado para converter o sinal (P*) de pedido de potência indicativo do nível de potência a transferir do barramento (12) dc para a rede (REDE) de distribuição de energia por meio do segundo rectificador/inversor (14) activo para um sinal (IO NET* LIM) de pedido de corrente transversal para o segundo rectificador/inversor (14) activo e está ainda configurado para controlar os dispositivos de comutação de potência com semicondutores do segundo rectificador/inversor (14) activo para produzir quantidades eléctricas de filtro/rede de distribuição de energia que permitem obter a corrente transversal desejada para o segundo rectificador/inversor (14) activo.
  8. 8. Conversor de potência, de acordo com a reivindicação 7, em que o sinal (P*) de pedido de potência é convertido no sinal (IO NET* LIM) de pedido de corrente transversal dividindo o sinal (P*) de pedido de potência por um sinal (VQ_NET) que é derivado da tensão nos terminais de rede do filtro (16).
  9. 9. Conversor de potência, de acordo com a reivindicação 7, em que o sinal (P*) de pedido de potência é convertido no sinal (IO NET* LIM) de pedido de corrente transversal dividindo o sinal (P*) de pedido de potência por uma versão filtrada do sinal que é derivado da tensão nos terminais de rede do filtro (16). 5
  10. 10. Conversor de potência, de acordo com qualquer das reivindicações 7 a 9, em que o segundo controlador (46) está ainda configurado para utilizar outro sinal (VDC_NET*) de pedido de tensão de barramento dc indicativo de uma tensão de barramento dc desejada, está ainda configurado para comparar esse outro sinal (VDC_NET*) de pedido de tensão de barramento dc com o sinal (VDC_FB) de realimentação de tensão de barramento dc para determinar um sinal (VDC Pi IQ NET*) de pedido de corrente transversal ilimitado e está ainda configurado para limitar o sinal (VDC_PI_IQ_NET*) de pedido de corrente transversal ilimitado a um valor determinado por um sinal (52) de limitação que é derivado do sinal (P*) de pedido de potência para determinar o sinal (IO NET* LIM) de pedido de corrente transversal limitado para o segundo rectificador/inversor (14) activo.
  11. 11. Conversor de potência, de acordo com a reivindicação 10, em que o sinal (VDC PI IO NET*) de pedido de corrente transversal ilimitado é adicionado a um sinal (IO FF) de realimentação de corrente transversal que é derivado de: (i) um sinal indicativo da potência (POWER_FF) do gerador, (ii) um sinal (VO NET) de realimentação de tensão medido nos terminais de rede do filtro (16) e um sinal (PFF_GAIN) de ganho que varia de acordo com as condições de tensão prevalecentes de rede de distribuição de energia.
  12. 12. Conversor de potência, de acordo com a reivindicação 11, em que o sinal indicativo da potência (POWER_FF) de gerador é fornecido ao segundo controlador (46) a partir do primeiro controlador (18). 6
  13. 13. Conversor de potência, de acordo com a reivindicação 11, em que o sinal indicativo da potência (POWER_FF) de gerador menos a saída de um controlador (20) PI de um controlador (76) de tensão de barramento dc do primeiro controlador (18) é fornecido ao segundo controlador (46) e é utilizado pelo segundo controlador (46) apenas durante uma situação de queda de tensão de rede de distribuição de energia.
  14. 14. Conversor de potência, de acordo com qualquer das reivindicações 10 a 12, em que o segundo controlador (46) está ainda configurado para modificar o sinal de limitação que é derivado do sinal (P*) de pedido de potência de acordo com as condições prevalecentes de tensão de rede de distribuição de energia.
  15. 15. Conversor de potência, de acordo com qualquer reivindicação anterior, em que a barramento (12) dc inclui um condensador (82) e o conversor de potência compreende, ainda, um sensor (80) de corrente para medir o fluxo de corrente no condensador (82) e fornecer um sinal de saída.
  16. 16. Conversor de potência, de acordo com a reivindicação 15, em que o sinal de saída do sensor (80) de corrente é subtraído de um sinal derivado de um sinal indicativo da potência (POWER_FF) de gerador para proporcionar um sinal (IDC_NET') que é adicionado à saída de um controlador (76) de tensão de barramento dc do primeiro controlador (18) para determinar um sinal (ID_GEN*) de pedido de corrente de barramento dc para o primeiro rectificador/inversor (10) activo.
  17. 17. Conversor de potência, de acordo com a reivindicação 15, em que o sinal de saída do sensor (80) de corrente é subtraído 7 de um sinal derivado de um sinal indicativo da potência (POWER_FF) de gerador para proporcionar um sinal (IDC__NET') que é filtrado e adicionado à saida de um controlador (76) de tensão de barramento dc do primeiro controlador (18) para determinar um sinal (ID_GEN*) de pedido de corrente de barramento dc para o primeiro rectificador/inversor (10) activo.
  18. 18. Conversor de potência, de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 14, compreendendo ainda um sensor de tensão para a medição da tensão de barramento dc e fornecimento de um sinal (VDC_FB) de realimentação de tensão de barramento dc e meios para medir a taxa de alteração do sinal (VDC_FB) de realimentação de tensão de barramento dc, em que o valor integral de um controlador (20) PI de um controlador (76) de tensão de barramento dc do primeiro controlador (18) é modificado por um factor predeterminado quando o sinal (VDC_FB) de realimentação de tensão de barramento dc é superior a um primeiro limiar (VDC_FB_THRESHOLD) e a taxa de alteração do sinal (VDC_FB) de realimentação de tensão de barramento dc é superior a um segundo limiar (dVDC_FB/dt_THRESHOLD).
  19. 19. Conversor de potência, de acordo com qualquer reivindicação anterior, em que, durante uma situação de queda de tensão de rede de distribuição de energia, um sinal (IQ_NET*_LIM) de pedido de corrente transversal para o segundo rectificador/inversor (14) activo é derivado de uma versão limitada de velocidade de variação de um sinal (IQ_CAPACITY) derivado da potência limite nominal do segundo rectificador/inversor (14) activo que é modificado em função 8 das condições prevalecentes de tensão de rede de distribuição de energia.
  20. 20. Conversor de potência, de acordo com qualquer reivindicação anterior, em que o segundo controlador (46) está ainda configurado para comparar o sinal (VTURB*) de pedido de tensão indicativo do nível de tensão a obter nos terminais de rede do filtro (16) com um sinal (VO NET) de realimentação de tensão medido nos terminais de rede do filtro (16) para determinar um sinal (ID_NET*) de pedido de corrente longitudinal para o segundo rectificador/inversor (14) activo e está ainda configurado para controlar os dispositivos de comutação de potência com semicondutores do segundo rectificador/inversor (14) activo para produzir quantidades eléctricas de filtro/rede de distribuição de energia que permitem obter a corrente longitudinal desejada para o segundo rectificador/inversor (14) activo.
  21. 21. Conversor de potência, de acordo com a reivindicação 20, em que o segundo controlador (46) está ainda configurado para modificar o sinal (ID_NE T *) de pedido de corrente longitudinal de acordo com as condições prevalecentes de tensão de rede de distribuição de energia.
  22. 22. Conversor de potência, de acordo com a reivindicação 20 ou reivindicação 21, em que o segundo controlador (46) está ainda configurado para modificar um sinal de erro resultante da diferença entre o sinal (VTURB*) de pedido de tensão indicativo do nível de tensão a obter nos terminais de rede do filtro (16) e o sinal (VO NET) de realimentação de tensão medido nos terminais de rede do filtro (16) de acordo com um 9 sinal derivado do sinal (ID_NET*) de pedido de corrente longitudinal.
  23. 23. Conversor de potência, de acordo com qualquer reivindicação anterior, compreendendo, ainda, um sensor (54) de velocidade ou observador de velocidade para derivar um sinal (N) de velocidade indicativo da velocidade da parte móvel do gerador (4) e em que o sinal (N) de velocidade é utilizado para derivar o sinal (P*) de pedido de potência.
  24. 24. Conversor de potência, de acordo com a reivindicação 23, em que o sinal (P*) de pedido de potência é derivado de uma tabela (56) de consulta ou função matemática e o sinal (N) de velocidade forma um ponteiro para a tabela (56) de consulta ou um valor para o qual se calcula a função matemática.
  25. 25. Conversor de potência, de acordo com a reivindicação 23, em que o sinal (N) de velocidade é modificado por uma função de filtro.
  26. 26. Conversor de potência, de acordo com a reivindicação 25, em que o sinal (P*) de pedido de potência é derivado de uma tabela (56) de consulta ou função matemática e o sinal (Ν') de velocidade modificado forma um ponteiro para a tabela (56) de consulta ou um valor para o qual se calcula a função matemática.
  27. 27. Conversor de potência, de acordo com qualquer das reivindicações 23 a 26, em que o sinal (P*) de pedido de potência é somado com um sinal derivado de uma versão filtrada do sinal (N) de velocidade. 10
  28. 28. Configuração compreendendo uma pluralidade de conversores (la a ld) de potência, de acordo com qualquer reivindicação anterior, que podem ser conectados em paralelo a uma rede (REDE) de distribuição de energia funcionando a uma tensão nominalmente fixa e frequência nominalmente fixa por uma ligação (72) em paralelo, em que o sinal (VTURB*) de pedido de tensão indicativo da tensão a obter nos terminais de rede do filtro (16) de cada conversor de potência é derivado de uma comparação de um sinal (REFERÊNCIA DE TENSÃO DE PARQUE EÓLICO) de pedido de tensão de alto nível e de um sinal (REALIMENTAÇÃO DE TENSÃO DE PARQUE EÓLICO) de realimentação de tensão de alto nível que é medido no ponto em que a ligação (72) em paralelo está ligada à rede (REDE) de distribuição de energia.
  29. 29. Configuração, de acordo com a reivindicação 28, em que cada conversor (la a ld) de potência individual inclui um transformador (6a até 6d) elevador de tensão electricamente conectado entre o filtro (16a a 16d) associado e a ligação (72) em paralelo.
  30. 30. Configuração, de acordo com a reivindicação 28 ou reivindicação 29, compreendendo, ainda, um transformador (74) elevador de tensão electricamente conectado entre a ligação (72) em paralelo e a rede (REDE) de distribuição de energia.
  31. 31. Configuração, de acordo com a reivindicação 30, em que o sinal (REALIMENTAÇÃO DE TENSÃO DE PARQUE EÓLICO B) de realimentação de tensão de alto nível é medido no lado da rede de distribuição de energia do transformador (74) 11 elevador de tensão electricamente conectado entre a ligaçao (72) em paralelo e a rede (REDE) de distribuição de energia.
  32. 32. Configuração, de acordo com a reivindicação 30, em que o sinal (REALIMENTAÇÃO DE TENSÃO DE PARQUE EÓLICO A) de realimentação de tensão de alto nivel é medido no lado da ligação em paralelo do transformador (74) elevador de tensão electricamente conectado entre a ligação (72) em paralelo e a rede (REDE) de distribuição de energia.
  33. 33. Turbina eólica compreendendo: um gerador (4) tendo um estator e um rotor; um conjunto (2) de turbina incluindo, pelo menos, uma pá para fazer rodar o rotor do gerador (4); e um conversor de potência de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 27.
  34. 34. Parque eólico compreendendo: uma rede (REDE) de distribuição de energia funcionando com uma tensão nominalmente fixa e frequência nominalmente fixa; e uma pluralidade de turbinas eólicas acordo com a reivindicação 33; em que os respectivos conversores (la a ld) de potência da pluralidade de turbinas eólicas são ligados entre si, em paralelo, com a rede (REDE) de distribuição de energia por uma ligação (72) em paralelo, e em que o sinal (VTURB*) de pedido de tensão indicativo da tensão a obter nos terminais de rede do filtro (16) de cada conversor (la a ld) de potência é derivado de uma 12 comparação de um sinal (REFERÊNCIA DE TENSÃO DE PARQUE EÓLICO) de pedido de tensão de alto nível e de um sinal (REALIMENTAÇÃO DE TENSÃO DE PARQUE EÓLICO) de realimentação de tensão de alto nível que é medido no ponto em que a ligação (72) em paralelo está ligada à rede (REDE) de distribuição de energia.
  35. 35. Parque eólico, de acordo com a reivindicação 34, em que cada conversor (la a ld) de potência individual inclui um transformador (6a a 6d) elevador de tensão electricamente conectado entre o filtro (16a a 16d) associado e a ligação (72) em paralelo.
  36. 36. Parque eólico, de acordo com a reivindicação 34 ou reivindicação 35, compreendendo, ainda, um transformador (74) elevador de tensão electricamente conectado entre a ligação (72) em paralelo e a rede (REDE) de distribuição de energia.
  37. 37. Parque eólico, de acordo com a reivindicação 36, em que o sinal (REALIMENTAÇÃO DE TENSÃO DE PARQUE EÓLICO B) de realimentação de tensão de alto nível é medido no lado da rede de distribuição de energia do transformador (74) elevador de tensão electricamente conectado entre a ligação (72) em paralelo e a rede (REDE) de distribuição de energia.
  38. 38. Parque eólico, de acordo com a reivindicação 36, em que o sinal (REALIMENTAÇÃO DE TENSÃO DE PARQUE EÓLICO A) de realimentação de tensão de alto nível é medido no lado da ligação em paralelo do transformador (74) elevador de tensão electricamente conectado entre a ligação (72) em paralelo e a rede (REDE) de distribuição de energia. 13
  39. 39. Método de operação de um conversor de potência que pode ser utilizado para agir como interface de um gerador (4) que fornece tensão variável com uma frequência variável a uma rede (REDE) de distribuição de energia funcionando com uma tensão nominalmente fixa e frequência nominalmente fixa, compreendendo o conversor de potência: um primeiro rectificador/inversor (10) activo conectado electricamente ao estator do gerador (4) e incluindo uma pluralidade de dispositivos de comutação de potência com semicondutores; um segundo rectificador/inversor (14) activo incluindo uma pluralidade de dispositivos de comutação de potência com semicondutores; um barramento (12) dc conectado entre o primeiro rectificador/inversor (10) activo e o segundo rectificador/inversor (14) activo; um filtro (16) conectado entre o segundo rectificador/inversor (14) activo e a rede (REDE) de distribuição de energia, incluindo o filtro (16) terminais de rede; um primeiro controlador (18) para o primeiro rectificador/inversor (10) activo; e um segundo controlador (46) para o segundo rectificador/inversor (14) activo; em que o método compreende os passos de: 14 o primeiro controlador (18) utilizar um sinal (VDC_GEN*) de pedido de tensão de barramento dc indicativo de uma tensão de barramento dc desejada para controlar os dispositivos de comutação de potência com semicondutores do primeiro rectificador/inversor (10) activo para obter o nivel desejado de tensão de barramento dc que corresponde ao sinal (VDC_GEN*) de pedido de tensão de barramento dc; e o segundo controlador (46) utilizar um sinal (P*) de pedido de potência indicativo do nivel de potência a transferir do barramento (12) dc para a rede (REDE) de distribuição de energia por meio do segundo rectificador/inversor (14) activo e um sinal (VTURB*) de pedido de tensão indicativo da tensão a obter nos terminais de rede do filtro (16) para controlar os dispositivos de comutação de potência com semicondutores do segundo rectificador/inversor (14) activo para obter os niveis desejados de potência e tensão que correspondem aos sinais (P* e VTURB*) de pedido de potência e tensão.
  40. 40. Método, de acordo com a reivindicação 39, compreendendo, ainda, o passo de o segundo controlador (46) utilizar uma medida da tensão (VQ_NET) de rede de distribuição de energia para determinar limites sobre a potência que pode ser exportada do segundo rectificador/inversor (14) activo quando a tensão de rede de distribuição de energia diverge da sua condição nominal. 15
  41. 41. Método, de acordo com a reivindicação 39 ou reivindicação 40, compreendendo, ainda, o passo de o segundo controlador (46) utilizar uma medida da tensão (VO NET) de rede de distribuição de energia para determinar o nível de corrente que se vai fornecer a partir do segundo rectificador/inversor (14) activo para proporcionar suporte de tensão para a rede de distribuição de energia quando a tensão de rede de distribuição de energia diverge da sua condição nominal.
  42. 42. Método, de acordo com qualquer das reivindicações 39 a 41, compreendendo, ainda, o passo de o primeiro controlador (18) utilizar um sinal (Φ*) de pedido de fluxo indicativo de um nível desejado de fluxo a obter no gerador (4), converter o sinal (Φ*) de pedido de fluxo num sinal (ID_GEN*) de pedido de corrente longitudinal do primeiro rectificador/inversor (10) activo e controlar os dispositivos de comutação de potência com semicondutores do primeiro rectificador/inversor (10) activo para produzir quantidades eléctricas de estator que permitem obter a corrente longitudinal desejada para o primeiro rectificador/inversor (10) activo.
  43. 43. Método, de acordo com a reivindicação 42, em que o passo de converter o sinal (Φ*) de pedido de fluxo no sinal (ID_GEN*) de pedido de corrente longitudinal é realizado recorrendo a uma ou mais características (21) do gerador.
  44. 44. Método, de acordo com qualquer das reivindicações 39 a 43, compreendendo, ainda, o passo de o primeiro controlador (18) comparar o sinal (VDC_GEN*) de pedido de tensão de barramento dc indicativo de uma tensão de barramento dc 16 desejada com um sinal (VDC_FB) de realimentação de tensão de barramento dc para determinar um sinal (10 GEN*) de pedido de corrente transversal para o primeiro rectificador/inversor (10) activo e controlar os dispositivos de comutação de potência com semicondutores do primeiro rectificador/inversor (10) activo para produzir quantidades eléctricas de estator que permitem obter a corrente transversal desejada para o primeiro rectificador/inversor (10) activo.
  45. 45. Método, de acordo com a reivindicação 44, compreendendo, ainda, os passos de: o segundo controlador (46) fornecer um sinal (IDC_LIM) de controlo que varia de acordo com as condições prevalecentes de tensão de rede de distribuição de energia para o primeiro controlador (10) durante uma situação de queda de tensão de rede de distribuição de energia; e o primeiro controlador (10) pode comparar o sinal (VD_GEN*) de pedido de tensão de barramento dc indicativo de uma tensão de barramento dc desejada com o sinal (VDC_FB) de realimentação de tensão de barramento dc para determinar um sinal (IDC_GEN*) de pedido de corrente de barramento dc, limitar o sinal (IDC_GEN*) de pedido de corrente de barramento dc utilizando o sinal (IDC_LIM) de controlo do segundo controlador (46) para determinar um sinal (IDC_GEN*_LIM) de pedido de corrente de barramento dc limitado e utilizar o sinal (IDC_GEN*_LIM) de pedido de corrente de barramento dc limitado para determinar o 17 sinal (10 GEN*) de pedido de corrente transversal para o primeiro rectificador/inversor (10) activo de modo a que não haja qualquer extracção de potência da rede de distribuição de energia durante a situação de queda de tensão de rede de distribuição de energia.
  46. 46. Método, de acordo com a reivindicação 44, compreendendo, ainda, os passos de o segundo controlador (46) fornecer um sinal (IDC_DFF) de controlo que varia de acordo com as condições prevalecentes de tensão de rede de distribuição de energia e/ou o sinal de pedido de potência ao primeiro controlador (18) e de um controlador (76) de tensão de barramento dc do primeiro controlador (18) comparar o sinal (VDC_GEN*) de pedido de tensão de barramento dc indicativo de uma tensão de barramento dc desejada com o sinal (VDC__FB) de realimentação de tensão de barramento dc para fornecer um sinal de saida que é adicionado ao sinal (IDC_FF) de controlo para determinar um sinal (IDC_GEN*) de pedido de corrente de barramento de que é utilizado para determinar o sinal (IO GEN*) de pedido de corrente transversal para o primeiro rectificador/inversor (10) activo.
  47. 47. Método, de acordo com qualquer das reivindicações 44 a 46, compreendendo, ainda, o passo de o segundo controlador (46) converter o sinal (P*) de pedido de potência indicativo do nível de potência a transferir do barramento (12) dc para a rede (REDE) de distribuição de energia por meio do segundo rectificador/inversor (14) activo para um sinal (10 NET* LIM) de pedido de corrente transversal para o segundo rectificador/inversor activo (14) e controlar os dispositivos de comutação de potência com semicondutores do segundo rectificador/inversor activo (14) para produzir 18 quantidades eléctricas de filtro/rede de distribuição de energia que permitem obter a corrente transversal desejada para o segundo rectificador/inversor (14) activo.
  48. 48. Método, de acordo com a reivindicação 47, em que o passo de converter o sinal (P*) de pedido de potência para o sinal (10 NET* LIM) de pedido de corrente transversal é realizado pela divisão do sinal (P*) de pedido de potência por um sinal (VO NET) que é derivado da tensão nos terminais de rede do filtro (16).
  49. 49. Método, de acordo com a reivindicação 48, em que o passo de converter o sinal (P*) de pedido de potência para o sinal (IQ_NET*_LIM) de pedido de corrente transversal é realizado pela divisão do sinal (P*) de pedido de potência por uma versão filtrada do sinal que é derivado da tensão nos terminais de rede do filtro (16).
  50. 50. Método, de acordo com qualquer das reivindicações 47 a 49, compreendendo, ainda, o passo de o segundo controlador (46) utilizar um outro sinal (VDC_NET*) de pedido de tensão de barramento dc indicativo de uma tensão de barramento dc desejada, comparar esse outro sinal (VDC_NET*) de pedido de tensão de barramento dc com o sinal (VDC_FB) de realimentação de tensão de barramento dc para determinar um sinal (VDC PI 10 NET*) de pedido de corrente transversal ilimitado e limitar o sinal (VDC_PI_IQ_NET*) de pedido de corrente transversal ilimitado a um valor determinado por um sinal (52) de limitação que é derivado do sinal (P*) de pedido de potência para determinar o sinal (IQ_NET*_LIM) de pedido de corrente transversal para o segundo 19 rectificador/inversor (14) activo durante o arranque e a condição de funcionamento normal do conversor de potência.
  51. 51. Método, de acordo com a reivindicação 50, compreendendo, ainda, o passo de o passo de adicionar o sinal (VDC PI IO NET*) de pedido de corrente transversal ilimitado a um sinal (IQ_FF) sem realimentação de corrente transversal que é derivado de: (i) um sinal indicativo da potência (POWER_FF) de gerador, (i i) um sinal (VQ_ _NET) de realimentação de tensão medido nos terminais de rede do filtro (16) e um sinal (PFF_GAIN) de ganho que varia de acordo com as condiçoes prevalecentes de tensão de rede de distribuição de energia.
  52. 52. Método, de acordo com a reivindicação 51, em que o sinal indicativo da potência (POWER_FF) de gerador é fornecido ao segundo controlador (46) proveniente do primeiro controlador (18) .
  53. 53. Método, de acordo com a reivindicação 51, em que o sinal indicativo da potência (POWER_FF) de gerador menos a saída de um controlador (20) PI de um controlador (76) de tensão de barramento dc do primeiro controlador (18) é fornecido ao segundo controlador (46) e é utilizado pelo segundo controlador (46) durante uma situação de queda de tensão de rede de distribuição de energia.
  54. 54. Método, de acordo com qualquer das reivindicações 50 a 53, compreendendo, ainda, o passo de o segundo controlador (46) modificar o sinal de limitação que é derivado do sinal (P*) de pedido de potência de acordo com as condições prevalecentes de tensão de rede de distribuição de energia 20 numa situaçao de queda de tensão de rede de distribuição de energia.
  55. 55. Método, de acordo com qualquer das reivindicações 39 a 54, em que o barramento (12) dc inclui um condensador (82) eo conversor de potência compreende, ainda, um sensor (80) de corrente para medir o fluxo de corrente no condensador (82) e proporcionar um sinal de saida, compreendendo, ainda, o método os passos de subtrair o sinal de saida do sensor (80) de corrente de um sinal derivado de um sinal indicativo da potência (P0WER_FF) de gerador para fornecer um sinal (IDC_NET') que é adicionado à saida de um controlador (76) de tensão de barramento dc do primeiro controlador (18) para determinar um sinal (ID_GEN*) de pedido de corrente de barramento dc para o primeiro rectificador/inversor (10) activo.
  56. 56. Método, de acordo com qualquer das reivindicações 39 a 54, em que o barramento (12) dc inclui um condensador (82) e o conversor de potência compreende, ainda, um sensor (80) de corrente para medir o fluxo de corrente no condensador (80) e proporcionar um sinal de saida, compreendendo, ainda, o método os passos de subtrair o sinal de saida do sensor (80) de corrente de um sinal derivado de um sinal indicativo da potência (POWER_FF) de gerador para fornecer um sinal (IDC_NET') que é filtrado e adicionado à saida de um controlador (76) de tensão de barramento dc do primeiro controlador (18) para determinar um sinal (ID_GEN*) de pedido de corrente de barramento dc para o primeiro rectificador/inversor (10) activo. 21
  57. 57. Método, de acordo com qualquer das reivindicações 39 a 54, em que o conversor de potência compreende, ainda, um sensor de tensão para a medição da tensão de barramento dc e fornecimento de um sinal (VDC_FB) de realimentação de tensão de barramento dc e meios para medir a taxa de alteração do sinal (VDC_FB) de realimentação de tensão de barramento dc, compreendendo, ainda, o método os passos de modificação do valor integral de um controlador (20) PI de um controlador (76) de tensão de barramento dc do primeiro controlador (18) por um factor predeterminado quando o sinal (VDC_FB) de realimentação de tensão de barramento dc é superior a um primeiro limiar (VDC_FB_THRESHOLD) e a taxa de alteração do sinal (VDC_FB) de realimentação de tensão de barramento dc é superior a um segundo limiar (dVDC_FB/dt_THRESHOLD).
  58. 58. Método, de acordo com qualquer das reivindicações 39 a 57, compreendendo, ainda, o passo de derivação de um sinal (IO NET* LIM) de pedido de corrente transversal para o segundo rectificador/inversor (14) activo a partir de uma versão limitada de velocidade de variação de um sinal (IQ_CAPACITY) derivado da potência limite nominal do segundo rectificador/inversor (14) activo que é modificado em função das condições prevalecentes de tensão de rede de distribuição de energia numa situação de queda de tensão de rede de distribuição de energia.
  59. 59. Método, de acordo com qualquer das reivindicações 39 a 58, compreendendo ainda o passo de o segundo controlador (46) comparar o sinal (VTURB*) de pedido de tensão indicativo do nível de tensão a obter nos terminais de rede do filtro (16) com um sinal (VQ_NET) de realimentação de tensão medido nos terminais de rede do filtro (16) para determinar um sinal 22 (ID_NET*) de pedido de corrente longitudinal para o segundo rectificador/inversor (14) activo e controlar os dispositivos de comutação de potência com semicondutores do segundo rectificador/inversor (14) activo para produzir quantidades eléctricas de filtro/rede de distribuição de energia que permitem obter a corrente longitudinal desejada continua para o segundo rectificador/inversor (14) activo.
  60. 60. Método, de acordo com a reivindicação 58, compreendendo, ainda, o passo de o segundo controlador (46) modificar o sinal (ID_NET*) de pedido de corrente longitudinal de acordo com as condições prevalecentes de tensão de rede de distribuição de energia.
  61. 61. Método, de acordo com a reivindicação 59 ou reivindicação 60, compreendendo, ainda, o passo de o segundo controlador (46) modificar um sinal de erro resultante da diferença entre o sinal (VTURB*) de pedido de tensão indicativo do nível de tensão a obter nos terminais de rede do filtro (16) e o sinal (VQ_NET) de realimentação de tensão medido nos terminais de rede do filtro (16) de acordo com um sinal derivado do sinal (ID_NE T *) de pedido de corrente longitudinal.
  62. 62. Método, de acordo com qualquer das reivindicações 39 a 61, compreendendo, ainda, o passo de derivar um sinal (N) de velocidade indicativo da velocidade da parte móvel do gerador (4) e utilizar o sinal (N) de velocidade para derivar o sinal (P*) de pedido de potência. 23
  63. 63. Método, de acordo com a reivindicação 61, compreendendo, ainda, o passo de derivação do sinal (P*) de pedido de potência a partir de uma tabela (56) de consulta ou função matemática em que o sinal (N) de velocidade forma um ponteiro para a tabela (56) de consulta ou um valor para o qual se calcula a função matemática.
  64. 64. Método, de acordo com a reivindicação 62, compreendendo, ainda, o passo de modificar o sinal (N) de velocidade por uma função de filtro.
  65. 65. Método, de acordo com a reivindicação 64, compreendendo, ainda, o passo de derivação do sinal (P*) de pedido de potência a partir de uma tabela (56) de consulta ou função matemática em que o sinal (Ν') de velocidade modificado forma um ponteiro para a tabela (56) de consulta ou um valor para o qual se calcula a função matemática.
  66. 66. Método, de acordo com qualquer das reivindicações 62 a 64, compreendendo, ainda, o passo de somar o sinal (P*) de pedido de potência com um sinal derivado de uma versão filtrada do sinal de velocidade. Lisboa, 17 de Agosto de 2012 24
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