ES2328809T3 - Instalacion de energia eolica con un dispositivo de control autoalimentado con un modulo de regulacion de potencia activa y de potencia reactiva. - Google Patents

Abstract

Instalación de energía eólica con un rotor (11), un generador (2) accionado por éste con un convertidor DC-AC (3) para la generación de potencia eléctrica (Pg, Qg) de una línea principal (5) que está conectada con el convertidor DC-AC (3) y una red eléctrica (9) para la alimentación de potencia eléctrica (Pn, Qn) a la red eléctrica (9), un dispositivo de derivación (7) en la línea principal (5) para el consumo propio (Pe, Qe) de la instalación de energía eólica a través de una línea secundaria (6), siendo el consumo propio la potencia eléctrica necesaria para el funcionamiento de la instalación de energía eléctrica, y un dispositivo de control (4) con un módulo de regulación de la potencia activa y de la potencia reactiva (40, 42), caracterizada porque está previsto un primer dispositivo de medición de potencia (81) para la potencia activa (Pg) generada por el generador (2) que está conectado con una conexión de magnitud regulada (41) del módulo de regulación de potencia activa (40), regulando el módulo de regulación de potencia activa (40) la potencia activa (P g) generada por el generador (2) y porque está previsto un segundo dispositivo de medición de potencia (82) para la potencia reactiva (Qn) alimentada a la red eléctrica (9), que está conectado con una conexión de magnitud regulada (43) del módulo de regulación de la potencia reactiva (42), regulando el módulo de regulación de potencia reactiva (42) la potencia reactiva (Qn) alimentada a la red eléctrica.

Description

Instalación de energía eólica con un dispositivo de control autoalimentado con un módulo de regulación de potencia activa y de potencia reactiva.

La invención se refiere a una instalación de energía eólica con un rotor, un generador accionado por éste con un convertidor DC-AC para la generación de potencia eléctrica (P_{g}, Q_{g}) de una línea principal que está conectada con el convertidor DC-AC y una red eléctrica para la alimentación de potencia eléctrica (P_{n}, Q_{n}) a la red eléctrica, un dispositivo de derivación en la línea principal para la autoalimentación (P_{e}, Q_{e}) de la instalación de energía eólica a través de una línea secundaria y un dispositivo de control con un módulo de regulación de la potencia activa y de la potencia reactiva.

Recientemente, las instalaciones de energía eólica se extienden progresivamente como instalaciones de generación de corriente especialmente poco contaminantes y cuidadosos con los recursos. Cada vez más sirven no sólo para la alimentación de pequeñas unidades cerradas sino que contribuyen en un grado en continuo aumento al abastecimiento de energía a medida que se instala más potencia. No obstante, cuanto mayores y más potentes sean las instalaciones de energía eólica con tanta más precisión deben cumplir los parámetros definidos respecto a su conexión a la red eléctrica. No obstante, a diferencia de las centrales nucleares, las centrales hidroeléctricas y las centrales térmicas de carbón o de gas natural, en las instalaciones de energía eólica no puede controlarse la energía primaria que sirve para la generación de corriente, siendo ésta sumamente variable. Puesto que las empresas productoras y distribuidoras de energía no desean que se produzcan variaciones de la corriente y de la tensión en la red, las instalaciones de energía eólica deben estar provistas de un dispositivo de control potente, que garantice también en el caso de condiciones de vientos que cambian rápidamente una alimentación controlada de potencia eléctrica a la red. Con ello debe conseguirse una suficiente compatibilidad con la red de la instalación de energía eólica. En particular, debe evitarse o reducirse un llamado flicker de red (parpadeo) por variaciones de la tensión y de la potencia durante la alimentación.

Por usos anteriores notorios se conocen dispositivos de control en los que se registra y regula la parte de potencia activa y reactiva de la potencia eléctrica generada por el generador o un sistema de convertidor DC-AC dispuesto a continuación de éste. El documento US 2002 079 706 da a conocer una instalación de energía eólica, midiéndose y regulándose la potencia activa y reactiva generada por el generador. No obstante, aquí surge el inconveniente que la instalación de energía eólica requiere potencia eléctrica para su consumo propio (llamado consumo propio). Para la alimentación a la red sólo está disponible la potencia menos este consumo propio. El consumo propio no es constante, resultando por lo contrario variaciones considerables por la conexión y desconexión de componentes del sistema de las instalaciones de energía eólica, como en particular sistemas pitch, ventiladores o motores acimutales. Para instalaciones de energía eólica grandes con potencias del orden de megavatios, han de preverse aproximadamente entre el dos y el tres por ciento de la potencia nominal de la instalación de energía eólica para el consumo propio; en instalaciones pequeñas, esta parte es aún mayor. Las partes indicadas pueden adoptar durante poco tiempo valores considerablemente mayores, hasta ocho veces este valor, por ejemplo al arrancar accionamientos auxiliares grandes.

En la práctica, se han ido imponiendo dos conceptos para tener en cuenta el consumo propio en el control de la instalación de energía eólica. Un primer concepto se caracteriza porque el consumo propio de la instalación de energía eólica es cubierto por la red eléctrica. Esto tiene la ventaja de que no se influye en la cadena de accionamiento formada por el rotor, el engranaje y el generador de la instalación de energía eólica por procesos de conmutación del consumo propio, de modo que no existe el peligro que la cadena de accionamiento sea incitada a vibrar por los procesos de conmutación. El inconveniente de este concepto está en que debido a que se cubre el consumo propio de la red no puede controlarse exactamente la potencia neta suministrada a la red. En particular, la conexión de accionamientos impulsados por motor eléctrico conduce a variaciones bruscas de la potencia reactiva, que se manifiestan en una mayor carga por parpadeo en la red. Esto es especialmente válido cuando la instalación eólica en conjunto sólo suministra una potencia baja. Dado el caso, la compatibilidad con la red de la instalación de energía eólica empeora por ello considerablemente. Cuando debido a ello ya no se cumplen los valores límites acodados en los contratos de conexión con las compañías eléctricas, esto conlleva pérdidas financieras. En caso de aplicarse un concepto alternativa, el consumo propio no se cubrirá por lo tanto desde la red sino que se usará para ello la potencia generada por el sistema de generadores propio. Esto tiene la ventaja de que la potencia suministrada a la red puede regularse con mucha precisión. Por lo tanto, es elevada la compatibilidad con la red. El inconveniente de este concepto está, no obstante, en que la cadena de accionamiento de la instalación de energía eólica se carga bruscamente por las variaciones de la carga, por lo que pueden provocarse vibraciones que significan una carga más elevada de la parte mecánica de la instalación, por lo que fomentan el desgaste.

La invención tiene le objetivo de crear un instalación de energía eólica del tipo indicado al principio en el que se eviten los inconvenientes de los conceptos conocidos por el estado de la técnica.

La solución según la invención está en un dispositivo y en un procedimiento según las reivindicaciones independientes. Las reivindicaciones subordinadas indican variantes ventajosas.

En una instalación de energía eólica con un rotor, un generador accionado por éste con un convertidor DC-AC para la generación de potencia eléctrica (P_{g}, Q_{g}), una línea principal que está conectada con el convertidor DC-AC y una red eléctrica para la alimentación de potencia eléctrica (P_{n}, Q_{n}) a la red eléctrica, un dispositivo de derivación en la línea principal para la autoalimentación (P_{e}, Q_{e}) de la instalación de energía eólica a través de una línea secundaria y un dispositivo de control con un módulo de regulación de la potencia activa y de la potencia reactiva está previsto según la invención que esté previsto un primer dispositivo de medición de potencia para la potencia activa (P_{g}) generada por el generador y que esté conectado con una conexión de magnitud regulada del módulo de regulación y que esté previsto un segundo dispositivo de medición de potencia para la potencia reactiva (Q_{n}) alimentada a la red eléctrica y que esté conectado con una conexión de magnitud regulada del módulo de regulación de la potencia reactiva.

A continuación, se explicarán en primer lugar algunos conceptos utilizados.

Siempre que no se indique otra cosa, por potencia eléctrica se entenderá la potencia aparente compuesta por los componentes potencia activa y potencia reactiva.

Por una red eléctrica se entiende una red de alimentación de energía que está prevista en una estructura ramificada para el transporte de energía eléctrica.

Por consumo propio se entiende la potencia eléctrica necesaria para el funcionamiento de la instalación de energía eólica.

Por dispositivo de medición de potencia se entiende un dispositivo que mide la tensión y las corrientes en un punto determinado para determinar la potencia transmitida por este punto. Según el fin previsto, la potencia determinada puede ser la potencia aparente, activa o reactiva.

La invención está basada en la idea de dividir la regulación de potencia activa y la regulación de potencia reactiva necesarias para el control de la instalación de energía eólica entre dos interfaces eléctricas distintas. La invención lo consigue porque está prevista la potencia activa (P_{g}) en el lado del generador del dispositivo de derivación para el consumo propio y la potencia activa (Q_{n}) del lado de la red del dispositivo de derivación. Esto tiene el efecto de que se regula la potencia activa sin tenerse en cuenta el consumo propio, es decir, la potencia activa necesaria para el funcionamiento se toma de la red. Esto tiene la ventaja de que la cadena de accionamiento mecánica que comprende el rotor y el generador está protegida de ser incitada a vibrar por variaciones bruscas del consumo propio. Si bien de esta forma no queda exactamente regulada la potencia activa suministrada realmente a la red, la misma depende en el margen de carga parcial de la instalación de energía eólica de por sí de la intensidad del viento variable, por lo que fluctúa, de modo que en este sentido no se produce un empeoramiento. Por otro lado, la invención prevé determinar y regular la potencia reactiva (Q_{n}) visto desde el generador detrás de la derivación. Esto significa que en la regulación también se tiene en cuenta el consumo propio. El dispositivo de control puede regular de este modo exactamente la potencia reactiva suministrada a la red. La regulación puede actuar aquí de forma absoluta respecto a la potencia reactiva o de forma relativa respecto al factor de potencia cos \varphi. Por lo tanto, resulta la posibilidad de regular las variaciones de la potencia reactiva del consumo propio o las variaciones por la conexión de motores acimutales y reducir de este modo parpadeos indeseados de la red. Si bien de este modo la cadena de accionamiento queda expuesta a variaciones dinámicas de las potencias reactivas, la invención aprovecha, no obstante, el conocimiento de que las variaciones de las potencias reactivas justamente no conducen a variaciones del par (puesto que éstas van unidas a variaciones de la potencia activa). Además, la invención tiene el efecto de que mejora la estabilidad de la tensión con la que se alimenta potencia eléctrica a la red, por lo que finalmente también mejora la calidad de la alimentación de potencia activa, puesto que una tensión que se reduce conllevaría según la relación conocida P = U x I también una reducción de la potencia activa, siempre que esto no fuera compensado por un aumento correspondiente de la intensidad de corriente.

En principio, para el funcionamiento de la invención no importa de qué forma se realiza la medición de la potencia. No obstante, en la práctica se han comprobado con resultados especialmente buenos algunas disposiciones que se describirán a continuación brevemente. En una forma de realización recomendable, tanto el primer dispositivo de medición de potencia para la determinación de la potencia activa (P_{g}) del lado del generador como también el segundo dispositivo de medición de potencia para determinar la potencia reactiva (Q_{n}) alimentada a la red eléctrica están realizados en la línea principal. Esto permite una medición directa. Esto tiene la ventaja de una limpieza y sencillez en cuanto a la concepción. No obstante, tiene el inconveniente de que los componentes necesarios para la medición de potencia, en particular transformadores de corriente, deben estar dimensionados para potencias correspondientemente elevadas. Por lo tanto, alcanzan dimensiones considerables y su adquisición es cara. Como alternativa, también puede estar previsto disponer solo un dispositivo de medición de potencia en la línea principal y otro en la línea secundaria. Esto tiene la ventaja de que sólo un dispositivo de medición de potencia debe estar dimensionado tan grande para permitir una medición en la línea principal, mientras que la otra puede estar dimensionado más pequeño, puesto que sólo está dispuesto en la línea secundaria que conduce una fracción de la potencia. Aquí están disponibles dos posibilidades. En una forma de realización comprobada, el primer dispositivo de medición de potencia para determinar la potencia activa del lado del generador está dispuesto en la línea principal y el segundo dispositivo de medición de potencia para determinar la potencia reactiva está dispuesto en la línea secundaria. En este caso, la potencia reactiva suministrada a la red y necesaria para el control se determina a partir de la potencia reactiva generada en el lado del generador menos la potencia reactiva derivada para el consumo propio. O se mide respectivamente la potencia reactiva suministrada a la red y se calcula la potencia activa generada por el generador a partir de la potencia reactiva alimentada a la red más la potencia activa derivada parra el consumo propio. Todas las variantes tienen en común que no se regula la parte de potencia activa del consumo propio del lado de la red sino que se cubre desde la red.

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No obstante, no debe estar excluido que esté previsto un dispositivo de regulación adicional para la regulación a largo plazo de la potencia activa del consumo propio. Una regulación con una gran constante de tiempo tiene la ventaja de que evita vibraciones perjudiciales de la cadena de accionamiento, mientras que una regulación con una constante de tiempo reducida podría conducir perfectamente a incitar vibraciones de este tipo. El dispositivo de regulación adicional está integrado recomendablemente en el dispositivo de control. Para obtener la magnitud regulada puede estar previsto prever un dispositivo de medición de potencia propia para la potencia activa del consumo propio o puede determinarse el valor a partir de los valores de medición del primer o segundo dispositivo de medición de potencia. El dispositivo de regulación para la regulación a largo plazo de la potencia activa comprende recomendablemente una parte de acción integral (regulador I). De este modo se consigue que el valor medio a largo plazo de la potencia activa se regule de forma estacionaria exactamente a un valor teórico de potencia deseado. Además, el dispositivo de regulación puede comprender filtros de paso bajo. El filtro de paso bajo puede ser un filtro de estructura discreta, como un elemento RC o el mismo está realizado preferiblemente como filtro digital, que esta realizado como filtro Moving Average (MA) o filtro de rampa. Gracias a la regulación adicional de la parte de potencia activa puede conseguirse que se consiga una precisión estacionaria respecto a la potencia activa suministrada a la red, sin que por ello exista el peligro de incitar vibraciones de la cadena de accionamiento por variaciones bruscas. Recomendablemente, el dispositivo de regulación adicional puede conectarse y desconectarse mediante un interruptor de carga límite. Por un interruptor de carga límite se entiende un dispositivo que conecta cuando la instalación de energía eólica funciona con su potencia nominal o con una potencia umbral reducida predeterminada desde el exterior y que desconecta cuando la potencia suministrada por la instalación de energía eólica queda por debajo de este valor. Para ello, el interruptor de carga límite está provisto preferiblemente de una entrada de control para el ajuste de la carga límite. Esto se basa en el conocimiento de que la funcionalidad conseguida mediante el dispositivo de regulación adicional no es imprescindible cuando la instalación de energía eólica trabaja en servicio de carga parcial, es decir, por debajo de su potencia nominal. Gracias a la posibilidad de la especificación de una potencia umbral reducida, también puede actuarse desde el exterior, p.ej. mediante el usuario de la instalación o mediante un sistema de regulación de orden superior sobre el dispositivo de regulación adicional. Frecuentemente se dará el caso que ya existe una señal acerca del funcionamiento de la instalación de energía eólica bajo carga nominal ya en el control de la instalación. No obstante, también puede estar previsto que esté realizado un detector de carga nominal correspondiente mediante un interruptor de valor límite.

En una forma de realización recomendable, está previsto un transformador para la generación de una tensión de salida más elevada, estando dispuesto el segundo dispositivo de medición de potencia en el lado de alta tensión de este transformador. La tensión de salida más elevada es preferiblemente una media tensión o una alta tensión, como son habituales en redes de transmisión de energía. El transformador está realizado recomendablemente como transformador de tres arrollamientos. Una disposición de este tipo permite una medición de potencia sencilla, también en sistemas de generador de doble alimentación. Se sobreentiende que también pueden estar previstos más de tres arrollamientos para la división de la potencia entre varios sistemas paralelos. El concepto "transformador de tres arrollamientos" comprende en el presente caso también transformadores con más de tres arrollamientos. Además, no debe estar excluido que el generador esté realizado como generador sincrónico convencional o como generador de corriente continua. El generador puede ser, además, de excitación independiente o propia (p.ej. de excitación permanente) o puede presentar una excitación combinada.

Preferiblemente está dispuesto un engranaje entre el rotor y el generador. Un engranaje ofrece la ventaja de poder concebirse el rotor y el generador con distintos números de revoluciones nominales, para hacer funcionar ambos en sus puntos de servicio respectivamente óptimos. No obstante, un engranaje siempre conlleva el inconveniente de completar la cadena de accionamiento con un componente mecánico adicional relativamente sensible a vibraciones. Gracias a la supresión de vibraciones de la cadena de accionamiento, incluso en caso de variaciones bruscas del consumo propio conseguido mediante la configuración según la invención, no obstante, es posible prever un engranaje sin dudas respecto a la fiabilidad de la instalación.

La invención se refiere, además, a un procedimiento para el funcionamiento de una instalación de energía eólica, que presenta un rotor, un generador accionado por éste y un convertidor DC-AC para la generación de potencia eléctrica, con alimentación de la potencia eléctrica a una red eléctrica mediante una línea principal y derivación de la línea principal para el abastecimiento de la instalación de energía eólica con potencia de consumo propio mediante una línea secundaria, siendo reguladas la potencia activa y reactiva por un dispositivo de control y estando previsto según la invención que se determine la potencia activa suministrada por el generador y se use como magnitud regulada para la regulación de la potencia activa y que se determine la potencia reactiva suministrada a la red y se use como magnitud regulada para la regulación de la potencia reactiva.

Respecto a una explicación más detallada del procedimiento se remite a las realizaciones anteriormente expuestas respecto al dispositivo, que también son válidas de forma análoga para el procedimiento según la invención.

A continuación, la invención se explicará haciéndose referencia al dibujo adjunto en el que están representados ejemplos de realización ventajosos.

Muestran:

La figura 1 una vista esquemática de un primer ejemplo de realización de una instalación de energía eólica según la invención;

la figura 2 una vista esquemática de un segundo ejemplo de realización;

la figura 3 una vista esquemática de un tercer ejemplo de realización;

la figura 4 una vista esquemática de un cuarto ejemplo de realización;

la figura 5 un esquema de conexiones de un dispositivo de medición de potencia y

la figura 6 un esquema de conexiones de un dispositivo de medición de potencia alternativo.

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La instalación de energía eólica conforme a la invención según el ejemplo de realización representado en la figura 1 comprende una cadena de accionamiento 1 con un rotor 11, un árbol de accionamiento 12 y un engranaje 15, un generador 2 con un convertidor DC-AC 3 y un dispositivo de control 4. En este sentido, la estructura de la instalación de energía eólica es convencional. Los componentes dispuestos en la figura 1 en una caja 10 representada con una línea de trazo interrumpido están dispuestos habitualmente en una sala de máquinas en una torre de la instalación de energía eólica. En un lado frontal de la sala de máquinas, el rotor 11 está alojado de forma giratoria. Presenta varias palas de rotor dispuestas en un cubo central. Para la adaptación a distintas velocidades de viento, las palas del rotor son variables en cuanto a su ángulo de ataque. El rotor 11 acciona mediante el árbol de accionamiento 12 y el engranaje 15 el generador 2 realizado como máquina asincrónica. Este transforma la potencia mecánica suministrada por el rotor 11 en potencia eléctrica, que se alimenta como corriente trifásica al convertidor DC-AC 3. Para una representación más clara, en la figura 1 la corriente trifásica generada por el convertidor DC-AC 3 está representada de forma simbólica mediante una sola fase. El convertidor DC-AC 3 puede estar realizado con una etapa o varias etapas. Como componente del convertidor DC-AC 3 se usan en particular diodos, tiristores, IGBTs, IGSTs o GTOs. El funcionamiento del convertidor DC-AC 3 y, dado el caso, el ajuste de palas del rotor 11, son controlados mediante la unidad de control 4 y líneas piloto 49 (representadas sólo en parte).

La potencia proporcionada en la salida del convertidor DC-AC 3 se llama potencia de generador (P_{g}, Q_{g}). Se transmite mediante una línea principal 5 a una red eléctrica 9 y se alimenta allí como potencia de red (P_{n}, Q_{n}). La red eléctrica 9 es preferiblemente una red de media tensión o de alta tensión. A lo largo de la línea principal 5 está dispuesto un dispositivo de derivación 7. Sirve para conectar una línea secundaria 6 eléctricamente con la línea principal 5, para abastecer de este modo mediante la línea secundaria 6 la instalación de energía eólica con la potencia eléctrica necesaria para su funcionamiento (consumo propio). La potencia usada para el consumo propio se denomina con su parte de potencia activa P_{e} y con su parte de potencia reactiva Q_{e}. La línea secundaria 6 termina en un bloque de alimentación 48 de la instalación de energía eólica que abastece los distintos componentes de la instalación de energía eólica mediante líneas de alimentación (no representadas) con energía eléctrica.

El dispositivo de control 4 comprende módulos para distintas tareas de control. Están representados un módulo de regulación de potencia activa 40, un módulo de regulación de potencia reactiva 42. El dispositivo de control 4 está concebido para un funcionamiento autárquico, aunque puede estar conectado mediante una interfaz (no representada) con una red de transmisión de datos para permitir así un telemantenimiento o un telecontrol. El módulo de regulación de potencia activa 40 está realizado para controlar en función de un módulo de gestión del funcionamiento 46 el generador 2 así como el rotor 11 de tal modo que se genera la máxima potencia activa posible. El módulo de regulación de potencia reactiva 42 está realizado para proporcionar en función del módulo de gestión del funcionamiento 46 tanta potencia reactiva como es recomendable para la situación actual en la red eléctrica 9.

El módulo de regulación de potencia activa 40 está realizado de tal forma que se regula la parte de potencia activa P_{g} de la potencia eléctrica generada por el generador 2 con el convertidor DC-AC 3. La magnitud regulada es, por lo tanto, la potencia activa P_{g}. Para la realimentación de la potencia activa realmente suministrada por el convertidor DC-AC 3 al módulo de regulación de potencia activa 40 está previsto un primer dispositivo de medición de potencia 81. El dispositivo de medición de potencia está realizado para registrar la potencia activa P_{g} proporcionada por el convertidor DC-AC 3. La estructura de un dispositivo de medición de potencia 81 de por sí conocido está representada en la figura 5. Comprende para cada una de las tres fases L_{1}, L_{2}, L_{3} de la corriente trifásica un dispositivo de medición de amperaje para determinar las corrientes de las fases I_{1}, I_{2}, I_{3} y tres dispositivos de transmisión dispuestos entre las fases L_{1}, L_{2}, L_{3} y el conductor neutro N para medir las tensiones U_{1}, U_{2} y U_{3}. A partir de estos valores de medición puede determinarse de forma conocida la potencia aparente y la potencia activa.

En el lado de la red del dispositivo de derivación 7 está dispuesto un segundo dispositivo de medición de potencia 82. Está configurado igual que el primer dispositivo de medición de potencia 81, pero está conectado con el módulo de regulación de potencia reactiva 42. Sirve para determinar la potencia reactiva Q_{n} alimentada a la red.

El control de la instalación de energía eólica realizada por el dispositivo de control 4 con ayuda del módulo de regulación de potencia activa 40 y del módulo de regulación de potencia reactiva 42 funciona de la siguiente manera: Para el módulo de regulación de potencia activa 40 se usa la potencia activa P_{g} suministrada por el generador 2 y el convertidor DC-AC 3, que se determina en el lado del generador del dispositivo de derivación 7. Para el módulo de regulación de potencia reactiva 42 se usa, en cambio, la potencia reactiva Q_{n} suministrada a la red, que se determina en el lado de la red del dispositivo de derivación 7. Por lo tanto, según la invención no se tiene en cuenta el consumo propio P_{e}, Q_{e} de la instalación de energía eólica para la regulación de la potencia activa, mientras que sí se tiene en cuenta para la regulación de la potencia reactiva. Esta división de la regulación de la potencia activa y reactiva tiene el efecto de que el consumo propio de potencia activa P_{n} no se tiene en cuenta para la regulación de la potencia activa, puesto que ésta se toma de la red eléctrica 9. Los cambios del consumo propio de potencia activa no tienen ningún efecto en el generador ni en toda la cadena de accionamiento 1 de la instalación de energía eólica. Por lo tanto, se contrarresta el peligro de que por variaciones bruscas se inciten vibraciones de la cadena de accionamiento 1 que pueden conducir a un desgaste excesivo y daños. La regulación de la potencia reactiva Q_{n} del lado de la red del dispositivo de derivación 7, es decir, teniéndose en cuenta el consumo propio de la potencia reactiva Q_{e} tiene en cambio la ventaja de que pueden controlarse con mucha precisión la potencia reactiva suministrada a la red eléctrica 9. De este modo se consigue que la potencia se suministre con el factor de potencia deseado (cos \varphi). Si el módulo de regulación de potencia reactiva 42 está concebido para una regulación suficientemente rápida, también pueden regularse en gran medida golpes de corriente provocados por los procesos de conexión de cargas inductivas de la instalación de energía eólica, de modo que de este modo se reduce el parpadeo de la red. Aquí no existe el peligro de generarse vibraciones indeseadas en la cadena de accionamiento, puesto que en el caso de variaciones bruscas de la potencia reactiva, a diferencia de variaciones bruscas de la potencia activa, en principio no pueden producirse golpes del par, pudiendo producirse, por lo tanto, tampoco vibraciones perjudiciales.

En las figuras 2 a 4 están representados ejemplos de realización alternativos. En el segundo ejemplo de realización representado en la figura 2, un transformador de media tensión 55 está dispuesto entre el dispositivo de derivación 7 y la red eléctrica 9. Los dispositivos de medición de potencia 81, 82 pueden estar dispuestos al igual que en el primer ejemplo de realización a los dos lados del dispositivo de derivación 7. No obstante, también es posible disponer el segundo dispositivo de medición de potencia 82' en el lado secundario del transformador 55. Esto tiene la ventaja de que se reducen las corrientes a medir según la relación de transmisión del transformador 55. Por lo tanto, el dispositivo de medición de potencia 82' puede estar realizado de forma más sencilla.

En el segundo ejemplo de realización representado en la figura 3, está representada la aplicación de la invención en un generador 2' de doble alimentación. El convertidor DC-AC 3 ha sido sustituido en este ejemplo de realización por un grupo de convertidores DC-AC 3' con un circuito intermedio que está conectado con una línea adicional 5. La disposición del primero y del segundo dispositivo de medición de potencia 81, 82 puede realizarse al igual que en el primer ejemplo de realización a los dos lados del dispositivo de derivación 7 (véase las líneas de trazo continuo). No obstante, también es posible disponer el segundo dispositivo de medición de potencia 82 en el lado de la red del transformador (representado con una línea de trazo interrumpido). Además, el primer dispositivo de medición de potencia 81' (representado con línea de trazo interrumpido) puede estar dispuesto en la línea secundaria 6. Esto ofrece la ventaja de que la medición de potencia no debe realizarse en la línea principal 5 con sus corrientes elevadas sino en la línea secundaria 6 que conduce corrientes sustancialmente más bajas. Por lo tanto, el dispositivo de medición de potencia 81' puede estar realizado de forma sustancialmente menos costosa.

El cuarto ejemplo de realización representado en la figura 4 es en principio similar al tercer ejemplo de realización representado en la figura 3, aunque aquí se usa en lugar de un transformador 55 simple un llamado transformador de tres arrollamientos 55'. La línea principal 5 y la línea adicional 5' están conectadas con un primer o segundo arrollamiento primario. La red eléctrica está conectada con el arrollamiento secundario. La línea adicional 5' que conduce al grupo de convertidores DC-AC 3' está conectada con un segundo arrollamiento primario. Además, en la línea adicional 5' está dispuesto el dispositivo de derivación 7. Están previstos un total de tres dispositivos de medición de potencia; el primer dispositivo de medición de potencia 81 se encuentra en la línea 5' en el lado del generador del dispositivo de derivación 7, el segundo dispositivo de medición de potencia 82 está dispuesto en el lado de la red del dispositivo de derivación 7 entre éste y el segundo arrollamiento primario y el tercer dispositivo de medición de potencia 83 está dispuesto en la línea principal 5 delante del primer arrollamiento primario. Mediante adición de las señales del segundo y tercer dispositivo de medición de potencia 82, 83 se obtiene la potencia P_{n}, Q_{n} suministrada a la red eléctrica 9. Mediante adición de las señales del primer y tercer dispositivo de medición de potencia 81, 83 se obtiene la potencia P_{g}, Q_{g} generada por el generador. Para evitar los costes de un tercer dispositivo de medición de potencia 83, el segundo dispositivo de medición de potencia puede estar dispuesto en el lado secundario del transformador como dispositivo de medición de potencia 82'. Los costes pueden reducirse aún más cuando el primer dispositivo de medición de potencia 81' no está dispuesto en la zona de la línea 5', sino en la línea secundaria 6. Como ya se ha descrito anteriormente, por la línea secundaria 6 fluye una corriente sustancialmente más baja, de modo que el dispositivo de medición de potencia puede estar dimensionado de forma correspondientemente menor.

Para mejorar la precisión estacionaria del suministro de potencia a la red eléctrica está prevista preferiblemente una regulación adicional de la parte de potencia activa del consumo propio (P_{e}). Con ayuda de la figura 1 se explicará un ejemplo. Un cuarto dispositivo de medición de potencia 84 está dispuesto en la línea secundaria 6 y está conectado con un módulo de regulación adicional 45. Para proteger la cadena de accionamiento contra vibraciones indeseadas por variaciones del par causadas por golpes de corriente de conexión, el módulo de regulación adicional 45 está concebido de tal forma que presenta una constante de tiempo elevada. Esto se realiza recomendablemente previéndose un filtro de paso bajo 44, mediante el cual se filtra la señal de medición del cuarto dispositivo de medición de potencia 84. En lugar de un filtro de paso bajo también puede estar previsto un filtro de rampa o un filtro Moving-Average. Gracias a esta regulación adicional se consigue aumentar la precisión estacionaria respecto a la potencia activa P_{n} suministrada a la red sin que exista el peligro de que se inciten vibraciones en la cadena de accionamiento, aunque haya golpes de corriente de conexión de la potencia activa P_{e} de consumo propio. Por supuesto, la regulación adicional también puede estar prevista en otras formas de realización que en la que está representada en la figura 1. En formas de realización como las que están representadas en las figuras 3 y 4 con un dispositivo de medición de potencia 81' previsto de por sí en la línea secundaria 6, el cuarto dispositivo de medición de potencia 84 puede estar combinado con éste, de modo que se minimizan los costes adicionales.

Los dispositivos de medición de potencia 81 a 84 pueden estar realizados de la forma representada en la figura 5, aunque también pueden estar realizados según la figura 6. Esta realización ofrece la ventaja de un esfuerzo menor en cuanto a la técnica de conexiones. En lugar de tres corrientes de fase se miden sólo las dos corrientes de fase I_{1} y I_{3}. En lugar de las tres tensiones medidas respecto al conductor neutro, se miden sólo las dos tensiones entre fases U_{12} y U_{32}. Según el circuito Aron de por sí conocido, a partir de estos valores de medición puede calcularse la potencia compleja.

Claims (24)

1. Instalación de energía eólica con un rotor (11), un generador (2) accionado por éste con un convertidor DC-AC (3) para la generación de potencia eléctrica (P_{g}, Q_{g}) de una línea principal (5) que está conectada con el convertidor DC-AC (3) y una red eléctrica (9) para la alimentación de potencia eléctrica (P_{n}, Q_{n}) a la red eléctrica (9), un dispositivo de derivación (7) en la línea principal (5) para el consumo propio (P_{e}, Q_{e}) de la instalación de energía eólica a través de una línea secundaria (6), siendo el consumo propio la potencia eléctrica necesaria para el funcionamiento de la instalación de energía eléctrica, y un dispositivo de control (4) con un módulo de regulación de la potencia activa y de la potencia reactiva (40, 42), caracterizada porque está previsto un primer dispositivo de medición de potencia (81) para la potencia activa (P_{g}) generada por el generador (2) que está conectado con una conexión de magnitud regulada (41) del módulo de regulación de potencia activa (40), regulando el módulo de regulación de potencia activa (40) la potencia activa (P_{g}) generada por el generador (2) y porque está previsto un segundo dispositivo de medición de potencia (82) para la potencia reactiva (Q_{n}) alimentada a la red eléctrica (9), que está conectado con una conexión de magnitud regulada (43) del módulo de regulación de la potencia reactiva (42), regulando el módulo de regulación de potencia reactiva (42) la potencia reactiva (Q_{n}) alimentada a la red eléctrica.

2. Instalación de energía eólica según la reivindicación 1, caracterizada porque el primer y el segundo dispositivo de medición de potencia (81, 82) están realizados para detectar la potencia del lado del generador y del lado de la red en la línea principal (5).

3. Instalación de energía eólica según la reivindicación 1, caracterizada porque el primer dispositivo de medición de potencia (81) para detectar la potencia activa (P_{g}) del lado del generador está dispuesto en la línea principal (5) y el segundo dispositivo de medición de potencia (82') para detectar la potencia reactiva (Q_{e}) del consumo propio está dispuesto en la línea secundaria (6).

4. Instalación de energía eólica según la reivindicación 1, caracterizada porque el primer dispositivo de medición de potencia (81') para detectar la potencia activa (P_{e}) del consumo propio está dispuesto en la línea secundaria (6) y el segundo dispositivo de medición de potencia (82) para detectar la potencia reactiva (Q_{n}) del lado de la red está dispuesto en la línea principal (5).

5. Instalación de energía eólica según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el segundo dispositivo de medición de potencia (82') está dispuesto en el lado de alta tensión de un transformador (55) dispuesto entre el dispositivo de derivación (7) y la red eléctrica (9) para generar una tensión de salida más elevada.

6. Instalación de energía eólica según la reivindicación 5, caracterizada porque la tensión de salida es una media tensión.

7. Instalación de energía eólica según la reivindicación 5, caracterizada porque la tensión de salida es una alta tensión.

8. Instalación de energía eólica según una de las reivindicaciones 5 a 7, caracterizada porque como transformador (55') está previsto un transformador de tres arrollamientos.

9. Instalación de energía eólica según la reivindicación 8, caracterizada porque está previsto un tercer dispositivo de medición de potencia (83), de modo que en los dos arrollamientos primarios del transformador de tres arrollamientos está previsto un dispositivo de medición de potencia, respectivamente.

10. Instalación de energía eólica según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el generador (2) está realizado como generador sincrónico.

11. Instalación de energía eólica según la reivindicación 10, caracterizada porque el generador sincrónico presenta uno o varios arrollamientos de excitación y/o una excitación permanente.

12. Instalación de energía eólica según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el convertidor DC-AC (3) y el generador (2) están realizados con una doble alimentación.

13. Instalación de energía eólica según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizada porque el generador (2) es un generador de corriente continua.

14. Instalación de energía eólica según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque entre el rotor (11) y el generador (2) está dispuesto un engranaje (15).

15. Instalación de energía eólica según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque está previsto un dispositivo de regulación adicional (45), al que está conectada como magnitud regulada la señal medida de la potencia activa del consumo propio (P_{e}) mediante un filtro a modo de filtro de paso bajo (44) y la señal de corrección emitida por el mismo se alimenta al módulo de regulación de potencia activa (40).

16. Instalación de energía eólica según la reivindicación 15, caracterizada porque el dispositivo de regulación adicional puede conectarse y desconectarse mediante un interruptor de carga límite, cerrando el interruptor de carga límite cuando la instalación de energía eólica funciona con su potencia nominal o con una potencia umbral reducida que puede ser predeterminada desde el exterior y abriendo el mismo cuando la potencia suministrada por la instalación de energía eólica está por debajo de dicha potencia.

17. Instalación de energía eólica según la reivindicación 16, caracterizada porque el interruptor de carga límite presenta una entrada de control para el ajuste de la potencia umbral.

18. Procedimiento para el funcionamiento de una instalación de energía eólica, que presenta un rotor (11), un generador (2) accionado por éste y un convertidor DC-AC (3) para la generación de potencia eléctrica, con alimentación de la potencia eléctrica a una red eléctrica (9) mediante una línea principal (5) y una derivación (7) de la línea principal (5) para el abastecimiento de la instalación de energía eólica para el consumo propio (P_{e}, Q_{e}) mediante una línea secundaria (6), siendo el consumo propio (P_{e}, Q_{e}) la potencia eléctrica necesaria para el funcionamiento de la instalación de energía eólica y siendo reguladas la potencia activa y la potencia reactiva por un dispositivo de control (4) con un módulo de regulación de potencia activa y de potencia reactiva (40, 42), caracterizado porque se determina la potencia activa (P_{g}) suministrada por el generador (2) y se usa como magnitud regulada para el módulo de regulación de la potencia activa (40), regulando el módulo de regulación de potencia activa (40) la potencia activa (P_{g}) generada por el generador (2) y porque se determina la potencia reactiva (Q_{n}) suministrada a la red (9) y se usa como magnitud regulada para el módulo de regulación de la potencia reactiva (42), regulando el módulo de regulación de potencia reactiva (42) la potencia reactiva (Q_{n}) alimentada a la red eléctrica (9).

19. Procedimiento según la reivindicación 18, caracterizado por la determinación de la potencia activa (P_{g}) suministrada por el generador (2) mediante la medición de potencia (81) del lado del generador de la derivación (7).

20. Procedimiento según la reivindicación 18, caracterizado por la determinación de la potencia activa (P_{g}) suministrada por el generador (2) mediante la medición de potencia de la potencia (P_{n}, Q_{n}) suministrada a la red eléctrica (9), así como del consumo propio (P_{e}, Q_{e}) y cálculo de la diferencia entre ellas.

21. Procedimiento según la reivindicación 19 ó 20, caracterizado por la determinación de la potencia reactiva (Q_{n}) suministrada a la red eléctrica (9) mediante la medición de potencia del lado de la red de la derivación.

22. Procedimiento según la reivindicación 18, caracterizado por la determinación de la potencia reactiva (Q_{n}) suministrada a la red eléctrica (9) mediante medición de la potencia (Q_{g}) suministrada por el generador (2), así como el consumo propio (Q_{e}) y cálculo de la diferencia entre ellas.

23. Procedimiento según una de las reivindicaciones 18 a 22, caracterizado por la determinación del consumo propio (P_{e}, Q_{e}), determinación de una señal de corrección para la potencia activa (P_{g}) generada por el generador (2) a partir del consumo propio (P_{e}, Q_{e}) mediante un filtro (44, 45) a modo de filtro de paso bajo y alimentación de la señal de corrección al módulo de regulación de potencia activa (40).

24. Procedimiento según la reivindicación 23, caracterizado por la detección de un funcionamiento a carga límite en el que la instalación de energía eólica se hace funcionar con su potencia nominal o por encima de una potencia umbral reducida que puede ser predeterminada desde el exterior y realización de la determinación de la señal de corrección sólo en el funcionamiento a carga límite.