WO2009101234A1 - Compensador serie de tensión y método para la compensación serie de tensión en generadores eléctricos - Google Patents

Compensador serie de tensión y método para la compensación serie de tensión en generadores eléctricos Download PDF

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series
generator
compensator
compensator according
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PCT/ES2009/070028
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Santiago ARNALTES GÓMEZ
José Manuel CORCELLES PEREIRA
José Luis RODRÍGUEZ AMENEDO
David SANTOS MARTÍN
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Wind To Power System, S.L.
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    • H02J3/1807—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using series compensators
    • H02J3/1814—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using series compensators wherein al least one reactive element is actively controlled by a bridge converter, e.g. unified power flow controllers [UPFC]
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    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/10—Flexible AC transmission systems [FACTS]

Definitions

  • the present invention relates to a device and method for the series compensation of network voltage.
  • the device and method of the invention is of special application to electric generators, in particular to electric generators used in wind turbines.
  • asynchronous generators are preferred over synchronous generators for various reasons.
  • asynchronous generators preferably used in wind turbines: squirrel cage generators and winding rotor generators.
  • Asynchronous squirrel cage generators have the advantage of having high reliability, robustness, high power-to-weight ratio and high capacity of transient overload, for this reason they have been used preferentially in the first wind turbines.
  • One way to soften the mechanical characteristic of the generator is the insertion of resistors in the electric circuit of the rotor, so that the generator no longer works with the rotor short-circuited, thereby increasing the slippage of the generator.
  • This technique requires that the electric circuit of the rotor be accessible, so an asynchronous generator configuration called a winding rotor is used, consisting of winding the three phases of the electric circuit of the rotor and making the terminals of each phase accessible.
  • This drawback can be overcome in asynchronous winding rotor generators by connecting a voltage source to the generator rotor.
  • This asynchronous generator configuration is called a double-powered asynchronous generator.
  • An electronic inverter is used as a rotor power supply that allows continuous adjustment of the magnitude, frequency and phase angle of the voltage applied to the rotor of the asynchronous generator. Through this adjustment of the voltage applied to the rotor it is possible to control the electric variables of the generator, including the active and reactive powers injected by it into the grid.
  • Compensation systems connected in series are more suitable in the case of significant voltage drops in the network, since the voltage that these devices inject into the network adds to the residual network voltage during the fault so that in the generator The resulting voltage is nominal.
  • DVR dynamic voltage restorative
  • this device To compensate for voltage dips in electric charges, this device must also have an energy storage system to provide additional energy to the load during the voltage gap.
  • the device can only have an energy dissipation system, which is usually a set of resistors.
  • the disadvantage of this compensation system, connected in series by means of a transformer, is the losses produced in the transformer and the consequent reduction of the overall performance of the generation system.
  • the inclusion of a transformer in dynamic voltage restorers leads to significant voltage drops, problems associated with saturation of the magnetic material, more complex protection systems of the device and in general they are very bulky and heavy equipment, even reaching not being able to be installed in wind turbines in the rehabilitation phase, that is, in wind turbines already installed and operational.
  • the dimensions of the tower on which they are located are such that the installation of a transformer of such volume and weight, is as indicated, in many cases, an impossible task.
  • a series voltage compensator for electric generators comprising:
  • filter means connected in series between each of the generator phases and each of the phases of an energy distribution network electrical, respectively, and electronic power converter means connected and feeding the filter means.
  • the electric generator of any nature and type, is connected to a turbine, such as a wind turbine.
  • the compensator of the invention avoids the need for parallel compensation means by adapting the series compensator to function as a reactive series compensator, being able to perform the reactive compensation function by injecting a voltage in quadrature with the generator current.
  • each phase of the generator is connected in series to a phase of the electrical power grid through the output terminals of a filter, to whose input terminals a single-phase inverter is connected to lead to carry out the control of the voltage applied to each phase of the generator, each single phase inverter having an independent direct current stage.
  • This configuration provides the necessary galvanic isolation between the phases of the electrical system, formed by the generator, the voltage series compensator and the network.
  • the compensator of the invention guarantees the supply of energy, by the electric generator, when voltage variations occur in the electric network both in a balanced and in an unbalanced regime, thus contributing to the stability of the electricity grid. , providing the required reactive power.
  • the compensator of the invention allows the voltage applied to the generator to be substantially three-phase and balanced regardless of the voltage variations and imbalances existing in the power grid.
  • the compensator of the invention reduces the sudden variations in electromagnetic torque that occur as a result of changes in the voltage of the electricity grid, thus reducing the mechanical loads on the wind turbine transmission system.
  • the present invention presents, in a second inventive aspect, a method for series voltage compensation in electric generators comprising the steps of:
  • a third aspect of the invention concerns a computer program comprising program code means for effecting a method of series voltage compensation in electric generators according to the second aspect of the invention, when said program is run on a computer.
  • the computer program is copied to a medium readable by a computer.
  • a fourth aspect of the invention concerns a support readable by a computer containing a computer program comprising program code means for effecting the voltage series compensation method in electric generators according to the second aspect of the invention, when said program is Run on a computer.
  • Figure 1 shows a block diagram of a series voltage compensator according to the invention.
  • Figure 2 shows a single-phase electronic converter according to the invention.
  • Figure 3 shows a vector diagram of the voltages and currents of the explanatory system of the series voltage compensation in case of a sudden drop in the grid voltage according to the invention.
  • Figure 4 shows a vector diagram of system voltages and currents explanatory of the reactive series compensation according to the invention.
  • the generator 1 1 is mechanically coupled to a turbine 12, such as a wind turbine.
  • the series voltage compensator generally comprises a filter 16 and an electronic power converter 15 per phase.
  • the series voltage compensator is connected in series between the generator 11 and the mains 22.
  • a first end 16-1 of the filter is connected to the corresponding phase of the generator 11 and a second end 16-2 of the filter is connected to the corresponding phase of the mains.
  • a bypass element 18 such as a switch is connected in parallel between the first and second end 16-1 and 16-2 of the filter 16.
  • the filter is a quadrupole whose input terminals 16-3 and 16-4 are connected to the output terminals 15-1 and 15-2 of an electronic power converter 15.
  • Figure 1 shows a particular embodiment of the filter, consisting of a series-parallel association of a coil 17 and a capacitor 20 representing a low pass filter, in order to attenuate the high harmonics. frequency produced by the electronic power converter.
  • the voltage series compensator comprises a transformer 19 connected to the power grid on the side of the generator 11 to feed each of the continuous stages of the electronic power converter means 16 by means of the rectifying means in isolation single phase 23.
  • the three generator phases 11 are connected to the three terminals of the primary winding of said three-phase transformer 19, where each of the three phases of the secondary winding are connected to the input terminals AA 'of each of the electronic converters of power 15.
  • the electronic power converter 15, consists of a direct current stage comprising a capacitor 26, whose function is to maintain the input direct current voltage to the inverter.
  • the function of said transformer 19 is to set the voltage of the capacitor 26, although this can be achieved by other means, such as with the control electronics of the compensator.
  • terminals A-A 'of the electronic power converter 15 are connected to the input of a rectifier bridge 23 whose function is to set the voltage of the direct current stage where the capacitor 26 is located.
  • a limiting device 24 comprising a fixed resistor 28 connected in series to a first switching element 27, which has a control terminal through which a first module of control 34 generates and supplies an on and / or off signal by means of a first control algorithm stored in the first controller
  • the direct current stage is connected, in turn, to a single phase inverter 25 comprising a set of switching elements arranged in two branches.
  • the first one comprises a second and third switching element 30 and 31, and the second branch comprises a fourth and fifth switching elements 32 and 33.
  • Each switching element of the single-phase inverter 25 includes a control terminal through which an on and / or off signal generated and supplied by a second controller module 35 that stores and executes a second control algorithm is applied.
  • the voltage V 1 can be set in such a way that the angle ⁇ formed by the voltage vector, V s , of the generator 1 1 and the voltage V g , of network 22, is controlled so that in this way it is possible control the reactive current injected into the electricity distribution network 22.
  • the voltage vectors, V s , of the generator 11, voltage V g , network 22, voltage V 1, a have been represented the output of the filter 16 and the current vector I s , in order to describe how the reactive power control injected (or absorbed) by the series compensator in the network 22 is performed.
  • the control module 35 acts on the single-phase inverter 25 applying a voltage to the input of the filter 16 resulting in the voltage V 1 to the output of the filter such that the voltage V g forms a certain angle ⁇ with the stator current vector I s .
  • the present invention can be implemented in a variety of computers including microprocessors, a computer readable storage medium, which includes volatile and non-volatile memory elements and / or storage elements.
  • the logic of the computer hardware that cooperates with various instruction sets is applied to the data to perform the functions described above and to generate output information.
  • the programs used by the computer hardware taken as an example can preferably be implemented in various programming languages, including a high-level programming language oriented to procedures or objects for communicating with a computer system.
  • Each computer program is preferably stored in a storage medium or device (for example, ROM or magnetic disk) that is readable by a general purpose or special programmable computer to configure and operate the computer when the storage medium or device is read by the computer in order to execute the procedures described above.
  • the first may be considered and second controller are implemented as a computer readable storage medium, configured with a computer program, wherein the storage medium thus configured causes a computer to function in a specific and predefined manner.

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Abstract

...

Description

COMPENSADOR SERIE DE TENSIÓN Y MÉTODO PARA LA COMPENSACIÓN SERIE DE TENSIÓN EN GENERADORES
ELÉCTRICOS
DESCRIPCIÓN
Campo Técnico
La presente invención se refiere a un dispositivo y método para la compensación serie de tensión de la red. El dispositivo y método de la invención es de especial aplicación a generadores eléctricos, en particular a los generadores eléctricos empleados en turbinas eólicas.
Antecedentes de la Invención
Es conocido del estado de la técnica que actualmente existen generadores eléctricos, acoplados a turbinas, como por ejemplo turbinas eólicas, conectados a una red eléctrica mediante transformadores elevadores de tensión. Dicha configuración de turbina conectada a un generador eléctrico es utilizada para producir energía eléctrica que se inyecta en una red eléctrica de distribución de energía eléctrica.
Usualmente, para generar la energía eléctrica mediante una turbina eólica son preferidos los generadores asincronos frente a los generadores síncronos por diversos motivos. Existen dos tipos de generadores asincronos preferiblemente utilizados en las turbinas eólicas: los generadores de jaula de ardilla y los generadores de rotor bobinado.
Los generadores asincronos de jaula de ardilla presentan la ventaja de tener una alta fiabilidad, robustez, elevada relación potencia-peso y gran capacidad de sobrecarga transitoria, por esta razón se han empleado de forma preferente en las primeras turbinas eólicas.
Sin embargo, los generadores asincronos de jaula de ardilla conectados a una turbina eólica presentan una característica de funcionamiento de velocidad quasi-constante, lo que supone un serio inconveniente operacional para la turbina eólica.
Una forma de suavizar la característica mecánica del generador consiste en la inserción de resistencias en el circuito eléctrico del rotor, con lo que el generador ya no funciona con el rotor en cortocircuito, aumentándose de esta forma el deslizamiento del generador. Esta técnica requiere que el circuito eléctrico del rotor sea accesible, por lo que se emplea una configuración de generador asincrono denominada de rotor bobinado, consistente en bobinar las tres fases del circuito eléctrico del rotor y dejar accesibles los terminales de cada fase.
Sin embargo, los generadores asincronos de rotor cortocircuitado o con inserción de resistencias rotóricas requieren un aporte de potencia reactiva para generar el campo magnético necesario para la conversión electromecánica de energía. Esto supone un serio inconveniente, ya que a los generadores eléctricos se les requiere una capacidad de reactiva ajustable para proveer el servicio complementario de control de tensión en la redes eléctricas.
Este inconveniente puede salvarse en los generadores asincronos de rotor bobinado mediante la conexión de una fuente de tensión al rotor del generador. Esta configuración de generador asincrono se denomina generador asincrono doblemente alimentado. Como fuente de alimentación del rotor se emplea un inversor electrónico que permite un ajuste continuo de la magnitud, frecuencia y ángulo de fase de la tensión aplicada al rotor del generador asincrono. Mediante este ajuste de la tensión aplicada al rotor es posible controlar las variables eléctricas del generador, entre ellas las potencias activa y reactiva inyectadas por el mismo a la red.
Sin embargo, los generadores asincronos, ya sean de rotor cortocircuitado, con resistencias rotóricas o doblemente alimentados, por diversos motivos, se desconectan de la red, por sus protecciones, cuando se producen caídas bruscas de la tensión en la red.
Ante una caída brusca de la tensión de red, denominada hueco de tensión, producida, por ejemplo, por un cortocircuito correctamente despejado en algún punto de la red eléctrica próximo al generador, se produce una actuación inmediata de las protecciones del generador y por lo tanto una desconexión del generador de la red eléctrica. En el caso de que las protecciones de mínima tensión estuvieran retardadas, la caída de tensión daría lugar a una disminución del par resistente del generador lo que provocaría un aumento de la velocidad de giro y la desconexión del generador y parada de la turbina por la protección de sobrevelocidad para evitar daños estructurales en la misma. En los instantes posteriores al despeje de la falta, la tensión en el generador comienza a recuperarse y en esta situación el generador demanda una potencia reactiva adicional dificultando así el proceso de recuperación de la tensión. Por ello, durante la recuperación de la tensión, la red eléctrica requiere el aporte de corriente reactiva para ayudar a restituir la tensión a su valor nominal.
Por otro lado, las caídas de tensión debidas a faltas desequilibradas producen corrientes de secuencia inversa que dan lugar a un calentamiento excesivo de los devanados de la máquina y una oscilación del par electromagnético de frecuencia doble a la frecuencia de alimentación. Esto mismo sucede ante un sistema de tensiones desequilibrado en régimen permanente.
Para compensar la demanda de potencia reactiva necesaria para magnetizar el generador, es conocido del estado de la técnica la compensación mediante la conexión de baterías de condensadores en paralelo con el generador. Este sistema es ampliamente empleado, pero presenta el inconveniente de ser un sistema cuya capacidad de compensación depende de la tensión, por lo que ante caídas importantes de tensión, como las producidas por faltas, su capacidad resulta seriamente mermada. Existen también otros dispositivos basados en interruptores estáticos que se conectan en paralelo con el generador, como es el caso del STATCOM (STATic COMpensator), que permiten una compensación dinámica de corriente reactiva.
No obstante, estas soluciones basadas en dispositivos conectados en paralelo con el generador no resultan adecuadas para compensar las importantes caídas de tensión que producen las faltas eléctricas. En este sentido, resultan más convenientes los dispositivos conectados en serie con el generador.
Los sistemas de compensación conectados en serie son más adecuados en el caso de caídas importantes de tensión en la red, ya que la tensión que estos dispositivos inyectan en la red se suma a la tensión residual de la red durante la falta para que en el generador la tensión resultante sea la nominal.
Existe un tipo de dispositivos de conexión serie que se denomina en el estado de la técnica restaurador dinámico de tensión (DVR), comprendiendo un convertidor electrónico de potencia conectado al secundario de un transformador cuyo primario está conectado en serie con la red eléctrica. Dichos transformadores se denominan transformadores de inserción.
Para compensar huecos de tensión en cargas eléctricas, este dispositivo debe disponer, además, de un sistema de almacenamiento de energía para aportar la energía adicional a la carga durante el hueco de tensión. Para compensar huecos de tensión en un generador, el dispositivo puede disponer únicamente de un sistema de disipación de energía, que suele ser habitualmente un conjunto de resistencias. El inconveniente de este sistema de compensación, conectado en serie mediante un transformador, son las pérdidas producidas en el transformador y la consecuente reducción del rendimiento global del sistema de generación. Asimismo, la inclusión de un transformador en los restauradores dinámicos de tensión, da lugar a caídas de tensión significativas, problemas asociados a la saturación del material magnético, sistemas más complejos de protección del dispositivo y en general resultan equipos muy voluminosos y pesados, llegando incluso a no poder ser instalados en aerogeneradores en fase de rehabilitación, es decir, en aerogeneradores ya instalados y operativos. En este tipo de aerogeneradores, las dimensiones de la torre sobre la cual se encuentran ubicados son tales que la instalación de un transformador de tal volumen y peso, es como se ha indicado, en muchas ocasiones, una labor imposible.
Por tanto, se hace necesario desarrollar un sistema de compensación serie sin transformador para un generador conectable a una turbina para generar y suministrar energía eléctrica a una red de distribución que sea capaz de:
a) controlar la tensión de alimentación del generador independientemente de las variaciones de tensión de la red, b) controlar dinámicamente la potencia reactiva intercambiada con la red eléctrica c) reducir las pérdidas producidas por el paso de la corriente a través del sistema de compensación en comparación con los dispositivos existentes actualmente d) evitar la aparición de componentes de secuencia inversa de tensión en el generador e) evitar la variación brusca del par electromagnético como consecuencia de cambios en la tensión, evitando así elevados esfuerzos mecánicos en los componentes, y f) tener un reducido volumen y peso.
En la solicitud internacional con número de publicación WO2008/081049 se describe un sistema de compensación paralelo-serie que integrado con el generador representa un sistema de generación capaz de cumplir los requisitos de funcionamiento citados. No obstante, este sistema adolece del inconveniente anteriormente citado de requerir un transformador, cuyo primario se conecta en serie entre el generador y la red, para inyectar la tensión del inversor a la red eléctrica.
SUMARIO DE LA INVENCIÓN
Este y otros objetivos de la invención se consiguen por medio de un compensador de acuerdo con la reivindicación 1, un método de acuerdo con la reivindicación 12, un programa de ordenador según la reivindicación 15 y un soporte legible por ordenador según la reivindicación 17. Las realizaciones particulares de la invención se definen en las reivindicaciones dependientes.
Con objeto de solucionar los problemas técnicos mencionados anteriormente así como otros que se mencionarán más adelante cuando se hable de las ventajas de la misma, la presente invención proporciona en un primer aspecto inventivo, un compensador serie de tensión para generadores eléctricos que comprende:
unos medios de filtro conectados en serie entre cada una de las fases del generador y cada una de las fases de una red de distribución de energía eléctrica, respectivamente, y unos medios convertidores electrónicos de potencia conectados y alimentando a los medios de filtro.
El generador eléctrico, de cualquier naturaleza y tipología, se conecta a una turbina, tal como por ejemplo una turbina eólica.
El compensador de la invención evita la necesidad de medios de compensación paralelo adaptando el compensador serie para funcionar como compensador serie de reactiva, pudiendo realizar la función de compensación de reactiva inyectando una tensión en cuadratura con la corriente del generador.
De especial relevancia es la ausencia de transformador de inserción en el compensador de la invención, esto es, de un transformador serie entre el generador eléctrico y la red de distribución, siendo el compensador de la invención capaz de compensar la tensión en el generador y al mismo tiempo compensar la potencia reactiva.
Concretamente, en el compensador de la invención cada fase del generador está conectada en serie a una fase de la red eléctrica de energía eléctrica a través de los terminales de salida de un filtro, a cuyos terminales de entrada se conecta un inversor monofásico para llevar a cabo el control de la tensión aplicada a cada fase del generador, teniendo cada inversor monofásico una etapa de corriente continua independiente.
Esta configuración proporciona el necesario aislamiento galvánico entre la fases del sistema eléctrico, formado por el generador, el compensador serie de tensión y la red. Del mismo modo, el compensador de la invención garantiza el suministro de energía, por parte del generador eléctrico, cuando se produzcan variaciones de tensión en la red eléctrica tanto en régimen equilibrado como en régimen desequilibrado, contribuyendo así a la estabilidad de la red de eléctrica, aportando la potencia reactiva requerida.
El compensador de la invención permite que la tensión aplicada al generador sea substancialmente trifásica y equilibrada independientemente de las variaciones de tensión y desequilibrios existentes en la red eléctrica.
Asimismo, el compensador de la invención disminuye las variaciones bruscas de par electromagnético que se producen como consecuencia de cambios en la tensión de la red eléctrica, reduciendo así las cargas mecánicas sobre el sistema de transmisión del aerogenerador.
La presente invención presenta, en un segundo aspecto inventivo, un método para la compensación serie de tensión en generadores eléctricos que comprende las etapas de:
proveeer un compensador serie de tensión según el primer aspecto inventivo, e interconectar los medios de filtro de dicho compensador serie de tensión en serie entre cada una de las fases del generador eléctrico y cada una de las fases de una red de distribución de energía eléctrica, de modo que el compensador serie de tensión genere la tensión complementaria que sumada a la tensión de red mantenga la tensión nominal del generador eléctrico.
Un tercer aspecto de la invención concierne un programa de ordenador que comprende medios de código de programa para efectuar un método la compensación serie de tensión en generadores eléctricos según el segundo aspecto de la invención, cuando dicho programa se ejecuta en un ordenador.
En una realización, el programa de ordenador está copiado en un medio legible por un ordenador.
Un cuarto aspecto de la invención concierne un soporte legible por un ordenador que contiene un programa de ordenador que comprende medios de código de programa para efectuar el método de compensación serie de tensión en generadores eléctricos según el segundo aspecto de la invención, cuando dicho programa se ejecuta en un ordenador.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
La figura 1 muestra un diagrama de bloques de un compensador serie de tensión de acuerdo a la invención.
La figura 2 muestra un convertidor electrónico monofásico de acuerdo a la invención.
La figura 3 muestra un diagrama vectorial de tensiones y corriente del sistema explicativo de la compensación serie de tensión ante una caída brusca de la tensión de red de acuerdo a la invención.
La figura 4 muestra un diagrama vectorial de tensiones y corriente del sistema explicativo de la compensación serie de reactiva de acuerdo a la invención.
DESCRIPCIÓN DE UNA REALIZACIÓN PREFERIDA
A continuación, con referencia a la figura 1, se describe el esquema de bloques de un compensador serie de tensión que comprende medios necesarios para compensar la tensión en un generador ante caídas bruscas de tensión de la red.
El generador 1 1 se acopla mecánicamente a una turbina 12, tal como una turbina eólica.
El compensador serie de tensión comprende en su realización general un filtro 16 y un convertidor electrónico de potencia 15 por fase. El compensador serie de tensión se conecta en serie entre el generador 11 y la red eléctrica 22.
Por cada fase, un primer extremo 16-1 del filtro se conecta a la fase correspondiente del generador 11 y un segundo extremo 16-2 del filtro se conecta a la fase correspondiente de la red eléctrica.
Entre el primer y segundo extremo 16-1 y 16-2 del filtro 16 se conecta en paralelo un elemento de derivación 18 tal como un interruptor.
El filtro es un cuadripolo cuyos terminales de entrada 16-3 y 16-4 se conectan a los terminales de salida 15-1 y 15-2 de un convertidor electrónico de potencia 15.
En la figura 1 se muestra una realización particular del filtro, constituido por una asociación serie-paralelo de una bobina 17 y un condensador 20 que representan un filtro paso bajo, con el fin de atenuar los armónicos de alta frecuencia producidos por el convertidor electrónico de potencia.
En una realización particular, el compensador serie de tensión comprende un transformador 19 conectado a la red eléctrica del lado del generador 11 para alimentar de forma aislada cada una de las etapas de continua de los medios convertidores electrónicos de potencia 16 por medio de los medios rectificadores monofásicos 23.
Concretamente, las tres fases de generador 11 están conectados a los tres terminales del devanado primario del referido transformador trifásico 19, donde cada una de las tres fases del devanado secundario están conectados a los terminales de entrada A-A' de cada uno de los convertidores electrónicos de potencia 15.
En relación con la figura 2, el convertidor electrónico de potencia 15, consta de una etapa de corriente continua que comprende un condensador 26, cuya función es mantener la tensión de corriente continua de entrada al inversor. A su vez la función del referido transformador 19 es fijar la tensión del condensador 26, aunque esto puede conseguirse por otros medios, como por ejemplo con la electrónica de control del compensador.
Por otro lado, los terminales A-A' del convertidor electrónico de potencia 15, están conectados a la entrada de un puente rectificador 23 cuya función es fijar la tensión de la etapa de corriente continua donde está ubicado el condensador 26.
Para limitar los incrementos bruscos de tensión en la etapa de corriente de continua se dispone de un dispositivo limitador 24 que comprende una resistencia fija 28 conectada en serie a un primer elemento de conmutación 27, que dispone de un terminal de control a través del cual un primer módulo de control 34 genera y suministra una señal de encendido y/o apagado mediante un primer algoritmo de control almacenado en el primer controlador
34.
Por otro lado, la etapa de corriente continua está conectada, a su vez, a un inversor monofásico 25 que comprende un conjunto de elementos de conmutación dispuestos en dos ramas. La primera de ellas comprende un segundo y tercer elemento de conmutación 30 y 31, y la segunda rama comprende un cuarto y quinto elementos de conmutación 32 y 33.
Entre el segundo y tercero elemento de conmutación 30 y 31 está conectado el primer terminal 15-1 de salida del convertidor electrónico de potencia 15, y entre los terminales de conmutación 32 y 33 está conectado el segundo terminal de salida 15-2 del convertidor electrónico de potencia 15.
Cada elemento de conmutación del inversor monofásico 25 incluye un terminal de control a través del cual se les aplica una señal de encendido y/o apagado generada y suministrada por un segundo módulo controlador 35 que almacena y ejecuta un segundo algoritmo de control.
En relación con la figura 3, en unos ejes d-q ligados a la tensión Vg, de la red 22, se han representado: los vectores de tensión, Vs, del generador 11, tensión Vg, de red 22, tensión V1, a la salida del filtro 16 y el vector de corriente Is, cuando se produce una caída brusca de la tensión Vg, de la red 22. En este caso, el módulo de control 35 detecta esta caída de tensión y actúa sobre el inversor monofásico 25 aplicando una tensión a la entrada del filtro 16 que resulta en la tensión V1 a la salida del filtro, de tal forma que la tensión Vs no se ve afectada en su valor nominal. Además la tensión V1 se puede fijar de tal manera que se controla el ángulo θ que forman el vector de tensión, Vs, del generador 1 1 y la tensión Vg, de red 22, para que de esta forma sea posible controlar la corriente reactiva inyectada en la red de distribución de energía eléctrica 22.
En relación con la figura 4, en unos ejes d-q ligados al vector de corriente de estator Is, se han representado: los vectores de tensión, Vs, del generador 11, tensión Vg, de red 22, tensión V1, a la salida del filtro 16 y el vector de corriente Is, con el fin de describir cómo se realiza el control de potencia reactiva inyectada (o absorbida) por el compensador serie en la red 22. El módulo de control 35 actúa sobre el inversor monofásico 25 aplicando una tensión a la entrada del filtro 16 que resulta en la tensión V1 a la salida del filtro de tal forma que la tensión Vg forme un determinado ángulo φ con el vector de corriente de estator Is.
Por otro lado, debe observarse que la presente invención puede implementarse en una variedad de computadoras que incluyen microprocesadores, un medio de almacenamiento legible por computadora, que incluye elementos de memoria volátil y no volátil y/o elementos de almacenamiento. La lógica del hardware de computación que coopera con diversos conjuntos de instrucciones se aplica a los datos para realizar las funciones descritas anteriormente y para generar información de salida. Los programas usados por el hardware de computación tomado como ejemplo pueden implementarse preferiblemente en diversos lenguajes de programación, incluyendo un lenguaje de programación de alto nivel orientado a procedimientos u objetos para comunicarse con un sistema de ordenador. Cada programa de ordenador se almacena preferiblemente en un medio o dispositivo de almacenamiento (por ejemplo, ROM o disco magnético) que es legible por un ordenador programable de uso general o especial para configurar y operar el ordenador cuando el medio o dispositivo de almacenamiento es leído por el ordenador con el fin de ejecutar los procedimientos antes descritos. Asimismo, puede considerarse que el primer y segundo controlador sean implementados como un medio de almacenamiento legible por ordenador, configurado con un programa de ordenador, en donde el medio de almacenamiento así configurado hace que un ordenador funcione de una manera específica y predefinida.
Las realizaciones y ejemplos establecidos en esta memoria se presentan como la mejor explicación de la presente invención y su aplicación práctica, y para permitir de ese modo que los expertos en la técnica utilicen la invención. No obstante, los expertos en la técnica reconocerán que la descripción y los ejemplos anteriores han sido presentados con el propósito de ilustrar solamente un ejemplo. La descripción, como se expone, no está destinada a ser exhaustiva o a limitar la invención a la forma precisa descrita. Muchas modificaciones y variaciones son posibles a la luz de la enseñanza anterior sin salirse del espíritu y alcance de las reivindicaciones siguientes.

Claims

REIVINDICACIONES
1. Compensador serie de tensión para generadores eléctricos, en particular para aerogeneradores, que comprende,
medios de filtro (16) conectados en serie entre cada una de las fases del generador (11) y cada una de las fases de una red de distribución de energía eléctrica (22), respectivamente, y medios convertidores electrónicos de potencia (15), conectados y alimentando a los medios de filtro (16),
2. Compensador serie de tensión según la reivindicación 1, caracterizado porque los medios de filtro (16) son un filtro paso bajo LC compuesto por un condensador (20) y una bobina (17).
3. Compensador serie de tensión según la reivindicación 1, caracterizado porque los medios convertidores electrónicos de potencia (15) son un inversor monofásico en puente H por fase.
4. Compensador serie de tensión según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los medios de filtro (16) comprenden unos terminales de entrada (16-3, 16-4) conectados a unos terminales de salida (15- 1, 15-2) de los medios de conversión electrónicos de potencia (15).
5. Compensador serie de tensión según las reivindicaciones 1 ó 3, caracterizado porque los medios convertidores electrónicos de potencia (15) comprenden,
medios rectificadores monofásicos (23), medios limitadores (24) de los incrementos bruscos de tensión en la etapa de continua conectados a los medios rectificadores (23), y medios inversores monofásicos (25) conectados a los medios limitadores (24).
6. Compensador serie de tensión según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende un transformador (19) conectado a la red eléctrica del lado del generador (11) para alimentar de forma aislada cada una de las etapas de continua de los medios convertidores electrónicos de potencia (16) por medio de los medios rectificadores monofásicos (23).
7. Compensador serie de tensión según la reivindicación 5, caracterizado porque los medios convertidores electrónicos de potencia (15) comprenden una etapa de continua con un condensador (26) que se carga y mantiene la tensión de la etapa de continua en un valor fijo.
8. Compensador serie de tensión según la reivindicación 5, caracterizado porque los medios limitadores (24) comprenden una resistencia (28) y un elemento de conmutación (27) controlado por medio de un primer controlador (34) que aplica una señal de encendido y/o apagado a dicho elemento de conmutación (27) para controlar así los incrementos de tensión de la etapa de corriente de continua.
9. Compensador serie de tensión según la reivindicación 5, caracterizado porque los medios inversores monofásicos (25) comprenden dos ramas, la primera comprendiendo un segundo y tercer elemento de conmutación (30,
31), y la segunda comprendiendo un cuarto y quinto elemento de conmutación (32, 33), y cuyos puntos (B, B') alimentan a los medios de filtro (16).
10. Compensador serie de tensión según la reivindicación 9, caracterizado porque un segundo controlador (35) genera las señales de encendido y/o apagado de los elementos de conmutación (30, 31, 32, 33) de cada uno de los inversores monofásicos (25) de manera que se controla la tensión aplicada a los medios de filtro (16) conectados en serie entre el generador (14) y la red (22) de distribución de energía eléctrica.
11. Compensador serie de tensión según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el generador (11) está conectado a una turbina (12).
12. Método para la compensación serie de tensión en generadores eléctricos, caracterizado porque comprende las siguientes etapas:
proveer un compensador serie de tensión según al menos una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11 , e interconectar los medios de filtro (16) de dicho compensador serie de tensión en serie entre cada una de las fases del generador (11) y cada una de las fases de una red de distribución de energía eléctrica (22), de modo que el compensador serie de tensión genere la tensión V1 que sumada a la tensión de red Vg mantenga la tensión Vs del generador eléctrico en un valor preestablecido.
13. Método para la compensación serie de tensión en generadores eléctricos, según la reivindicación 12, caracterizado porque comprende la etapa de limitar la tensión del condensador (26) de la etapa de corriente continua mediante la aplicación de pulsos de encendido y/o apagado del primer elemento de conmutación (27) de los medios limitadores (24).
14. Método para la compensación serie de tensión en generadores eléctricos, según la reivindicación 12, caracterizado porque adicionalmente comprende la etapa de regular la tensión del generador (11) en relación a la tensión de la red de distribución (22) de forma que se regula el ángulo ente la tensión de red Vg y la corriente del generador Is resultando en una regulación de la potencia reactiva.
15. Programa de ordenador, caracterizado porque comprende medios de código de programa para efectuar el método para la compensación serie de tensión en generadores eléctricos según una cualquiera de las reivindicaciones 12, 13 ó 14, cuando dicho programa se ejecuta en un ordenador.
16. Programa de ordenador según la reivindicación 15, caracterizado porque está copiado en un medio legible por un ordenador.
17. Soporte legible por un ordenador, caracterizado porque contiene un programa de ordenador que comprende medios de código de programa para efectuar un método para la compensación serie de tensión en generadores eléctricos según una cualquiera de las reivindicaciones 12, 13 ó 14, cuando dicho programa se ejecuta en un ordenador.
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