BR112019018746A2

BR112019018746A2 - parque eólico, e, método para controlar um parque eólico

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Publication number: BR112019018746A2
Application number: BR112019018746A
Authority: BR
Inventors: Strafiel Christian; Brombach Johannes
Original assignee: Wobben Properties Gmbh
Priority date: 2017-03-24
Filing date: 2018-03-23
Publication date: 2020-04-07
Also published as: JP2020511925A; DE102017106436A1; KR20190128712A; US10903648B2; RU2725167C1; CN110463006A; WO2018172506A1; CA3055007A1; EP3602768A1; EP3602768B1; US20200059102A1; EP3602768C0

Abstract

a invenção se refere a um parque eólico para alimentar potência elétrica a uma rede de distribuição elétrica em um ponto de conexão de rede, compreendendo: pelo menos duas instalações de energia eólica para gerar potência elétrica; uma rede de parque de cc para transmitir potência elétrica das instalações de energia eólica para o ponto de conexão de rede; um inversor arranjado entre a rede de parque de cc e o ponto de conexão de rede, dito inversor sendo projetado para transformar uma tensão de cc elétrica da rede de parque de cc em uma tensão de ca a fim de alimentar a potência elétrica das instalações de energia eólica à rede de distribuição elétrica; e pelo menos um conversor de cc-cc para alimentar potência elétrica de pelo menos uma instalação de energia eólica à rede de parque de cc, em que o conversor de cc-cc tem um dispositivo de comutação e um transformador com um lado primário e um lado secundário. o lado primário é acoplado à pelo menos uma instalação de energia eólica por intermédio do dispositivo de comutação, e o lado secundário é acoplado à rede de parque de cc por intermédio de pelo menos um meio de retificação, em particular um meio de retificação que tem múltiplos diodos. o conversor de cc-cc é projetado para aplicar uma tensão de cc de polaridade cambiante ao lado primário do transformador por meio do dispositivo de comutação a fim de transformar assim uma tensão de cc da pelo menos uma instalação de energia eólica do lado primário para o lado secundário.

Description

PARQUE EÓLICO, E, MÉTODO PARA CONTROLAR UM PARQUE EÓLICO [001] A presente invenção se refere a um parque eólico que tem uma pluralidade de instalações de energia eólica para alimentar potência elétrica a uma rede de distribuição elétrica em um ponto de conexão de rede. A presente invenção também se refere a um parque eólico tendo uma rede de parque eólico baseada em tensão de CC. Além disso, a invenção também se refere a uma instalação de energia eólica que é configurada para ser usada em uma tal rede de parque eólico baseada em tensão de CC.

[002] É no geral conhecido que redes de parque eólico convencionais, que podem também ser referidas como redes de parque por razões de simplificação, são na forma de redes de tensão de CA tendo três fases. Tais parques eólicos são frequentemente construídos de uma tal maneira que uma corrente alternada elétrica seja gerada em uma instalação de energia eólica e seja transmitida para a rede de parque de tensão de CA por meio de um conversor elétrico. Existe também a variante que usa uma máquina assíncrona duplamente alimentada, mas a última também usa um conversor.

[003] Disjuntores ativos, por exemplo, semicondutores de potência, são usados no conversor elétrico e geram uma tensão de rede de parque com uma frequência particular e uma amplitude particular. Uma tensão de rede de parque é então usualmente transformada para um nível de tensão mais alto da rede de distribuição por intermédio de um transformador e, por conseguinte, toma possível alimentar a potência da rede de parque à rede de distribuição.

[004] Em princípio, é desejável ser capaz de operar uma instalação de energia eólica em uma rede de parque por um tempo tão longo quanto possível e tão confiavelmente quanto possível. Uma proposta frequente para isso é a de projetar tantos componentes da rede de parque quanto possível como componentes passivos. Uma vez que componentes passivos, na maioria

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2/21 das vezes, comumente, na prática, têm uma maior segurança contra falhas que os componentes ativos, a segurança contra falhas do parque eólico ou da rede de parque é consequentemente também aumentada no caso de uso elevado de componentes passivos em um parque eólico.

[005] Deve também ser assegurado que as instalações de energia eólica dentro do parque eólico possam ser protegidas contra possível dano ou destruição por meio de medidas protetoras apropriadas, se uma falha ocorrer na rede de parque, por exemplo, um curto-circuito ou uma sobrecorrente. Nesse caso, é desejável ser capaz de obter pelo menos confiabilidade total idêntica da rede de parque em comparação com redes de parque baseadas em tensão de CA.

[006] Redes de parque de CC para usinas de energia das marés e instalações de energia eólica já foram descritas no pedido de patente publicado US 2011/0198847 Al (Rolls Royce). Um assim chamado conversor abaixador-elevador (ou conversor buck-boost) é usado para transformar uma tensão de CC para uma rede de parque de CC por intermédio de um transformador. Todavia, o princípio de conversão de tensão de CC descrito não é apropriado para ser capaz de realizar a transmissão de tensão de CC útil, uma vez que o princípio de conversor abaixador-elevador mostrado não é apropriado para transmissão de alta potência.

[007] O Escritório de Patentes e Marcas Alemão pesquisou a seguinte outra técnica anterior no pedido prioritário para o presente pedido: DE 198 45 903 Al, US 2013/0197704 Al, DE 10 2004 001 478 Al, DE 10 2009 028 973 Al, DE 10 2012 002 292 Al, DE 197 11 017 Al.

[008] O objetivo da presente invenção é, por conseguinte, abordar pelo menos um dos problemas mencionados acima. Em particular, a intenção é a de propor uma solução que, de uma maneira simples, resulte em elevada segurança quando se opera a instalação de energia eólica em uma rede de parque eólico, em particular a fim de combater uma falha potencial na rede de

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3/21 parque e, por conseguinte, aumentar a confiabilidade global da rede de parque. Pelo menos uma solução alternativa para as soluções previamente conhecidas é destinada a ser proposta.

[009] A invenção, por conseguinte, propõe um parque eólico para alimentar potência elétrica a uma rede de distribuição elétrica em um ponto de conexão de rede como definido na reivindicação 1. A potência elétrica gerada no parque eólico é, por conseguinte, alimentada à rede de distribuição elétrica por intermédio de uma rede de parque de CC.

[0010] O parque eólico, por conseguinte, tem uma rede de parque de CC para transmitir potência elétrica das instalações de energia eólica para o ponto de conexão de rede. A potência elétrica no parque é, por conseguinte, transmitida como tensão de CC ou corrente contínua.

[0011] A fim de alimentar a potência da rede de parque de CC em uma rede de distribuição elétrica que é operada como uma rede de CA, provisão é feita de um conversor, que pode também ser referido como, ou designado como, um inversor ou inversor central. Para essa finalidade, esse conversor é conectado ao ponto de conexão de rede, por intermédio do qual o parque eólico, por conseguinte, alimenta potência à rede de distribuição elétrica. O conversor é, por conseguinte, arranjado entre a rede de parque e o ponto de conexão de rede.

[0012] Um conversor de CC-CC é provido para transmitir a potência elétrica da instalação de energia eólica à rede de parque de CC. Em particular, pelo menos um conversor de CC-CC é provido para cada instalação de energia eólica. Em particular, uma tensão de CC da instalação de energia eólica é, por conseguinte, transmitida à rede de parque de CC. O conversor de CC-CC, por conseguinte, transforma a potência com uma primeira tensão de CC na instalação de energia eólica em uma segunda tensão de CC na rede de parque de CC. A segunda tensão de CC, mais especificamente aquela na rede de parque de CC, é preferencialmente mais alta nesse caso que a primeira

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4/21 tensão de CC, isto é, aquela na instalação de energia eólica.

[0013] Para essa finalidade, o conversor de CC-CC tem um dispositivo de comutação e um transformador. O dispositivo de comutação tem uma pluralidade de comutadores, em particular. Esses comutadores são conectados de uma tal maneira que uma tensão de polaridade cambiante seja estabelecida no lado primário do transformador. Para essa finalidade, a comutação é realizada, por exemplo, de uma tal maneira que uma tensão positiva da tensão de CC da instalação de energia eólica seja alternadamente aplicada a uma primeira e uma segunda conexões do lado primário e a tensão negativa da tensão de CC da instalação de energia eólica seja aplicada, de uma maneira oposta, à segunda e primeira conexões do lado primário do transformador. Consequentemente, uma corrente com uma direção que se altera constantemente então também flui através do lado primário e consequentemente gera uma corrente no lado secundário.

[0014] Como um resultado, a potência é transmitida do lado primário para o lado secundário. Um meio de retificação no lado secundário, em particular, consequentemente, diodos conectados, resulta na retificação e, por conseguinte, em uma corrente contínua e, por conseguinte, uma tensão de CC na rede de parque de CC.

[0015] Isso vantajosamente atinge o isolamento de CC entre a instalação de energia eólica e a rede de parque. Foi também possível obter a situação na qual os componentes ativos dos meios de comutação estão presentes somente no lado da instalação de energia eólica no lado primário do transformador, isto é, na direção para a instalação de energia eólica. A solução de acordo com a invenção é particularmente eficiente nesse caso porque ela obtém alta transmissão de energia ao mesmo tempo por meio de correntes positivas e negativas no transformador.

[0016] E também particularmente eficiente realizar uma polaridade cambiante com uma alteração de tensão de onda praticamente quadrada. Um

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5/21 transformador de alta frequência, em particular, é proposto para essa finalidade. Tem sido reconhecido que o uso de um transformador de qualidade relativamente alta, não obstante, resulta em uma solução global eficaz em termos de custos, uma vez que pulsos positivos e negativos podem ser transmitidos aqui, que mais que compensa o uso de um transformador de alta frequência, de alta qualidade.

[0017] O isolamento de CC entre a instalação de energia eólica e a rede de parque é, por conseguinte, obtido com um transformador. Além disso, somente componentes passivos são usados na rede de parque baseada em tensão de CC. Componentes ativos são usados, de acordo com a invenção, somente no lado de CA, isto é, no lado da instalação de energia eólica no circuito de baixa tensão da instalação de energia eólica e no lado de rede a jusante do inversor central, e são, por conseguinte, protegidos contra altas tensões na rede de parque de CC pelo isolamento de CC. Como um resultado, a segurança contra falhas da rede de parque pode também ser aumentada e comutadores semicondutores comparativamente eficazes em termos de custos, que são designados para uma pequena faixa de tensão, podem ser usados no lado da instalação de energia eólica.

[0018] O princípio básico da conversão de CC-CC, que é baseada no princípio de conversão direta ou conversão ressonante, é vantajosamente usado aqui.

[0019] Nesse caso, a conversão ressonante é baseada no princípio de conexão de capacitâncias e indutâncias adicionais de uma tal maneira que a seção de transmissão de potência, incluindo o transformador, forma um circuito ressonante e é, por conseguinte, operada na região de seu assim chamado ponto ressonante. Um circuito básico de exemplo para realizar a conversão ressonante seria, por exemplo, introduzir uma indutância e capacitância adicionais em série com o enrolamento primário do transformador.

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6/21 [0020] A prática da realização da conversão de CC-CC por meio de um conversor ressonante tem a vantagem que perdas de potência durante as operações de comutação podem ser minimizadas. Nesse caso, uma conversão ressonante possibilita comutar em um cruzamento de zero da tensão ou da corrente. Esse princípio pode também bem geralmente ser referido como comutação macia ou suave.

[0021] Além disso, como um resultado da estrutura de acordo com a invenção do parque eólico, uma estrutura muito compacta e eficaz em termos de custos pode ser implementada e um aumento de tensão de estágio único, que pode ser livremente ajustado em uma ampla faixa, da instalação de energia eólica para a rede de parque, pode ser implementado. Uma tensão de rede de parque pode, por conseguinte, ser facilmente ajustada usando a razão de transmissão ü do transformador.

[0022] A rede de parque de CC também tem somente duas linhas de conexão principais para transmitir a potência, mais especificamente uma linha de conexão para a tensão positiva e uma linha de conexão para a tensão negativa. Pelo menos uma linha de conexão em comparação com uma convencional arquitetura de tensão de CA pode, por conseguinte, ser salva como um resultado da arquitetura de rede de parque de CC. A complexidade de cabeamento do parque eólico pode, por conseguinte, ser reduzida, se um novo parque eólico for construído.

[0023] Na operação de uma rede de parque de CC, é também importante realizar a proteção de rede seletiva usando interrupções de curtocircuito de CC. No caso de uma falha ocorrendo na rede de parque de CC, a instalação de energia eólica deve ser capaz de ser isolada por meio de rápidos interruptores de isolamento durante a breve desconexão de rede. Nesse caso, a proteção de rede seletiva significa que é possível reagir independentemente a diferentes falhas que podem ocorrer em diferentes locais na rede de parque ou em ou diretamente na instalação por meio de desconexão de falhas ou outra

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7/21 medida de proteção. Nesse caso, a proteção de rede seletiva é realizada em múltiplos estágios, com o resultado que a reação a falhas em instalações de energia eólica, por exemplo, é diferente do que no caso de uma falha que ocorre na rede de parque. Falhas que podem ser acopladas da rede de distribuição à rede de parque devem igualmente ser levadas em conta. Desconexões limitadas localmente no caso de falhas que ocorrem localmente também caem sob a proteção de rede seletiva, em particular.

[0024] De acordo com a invenção, foi reconhecido que é vantajoso, em redes de parque baseadas em tensão de CC, usar um conversor de CC-CC especial, que pode assegurar transmissão de potência apropriada e pode permitir a proteção de instalação ativa. Como um resultado do uso de um princípio de conversor de CC-CC, que é baseado, por exemplo, em uma conversão direta ou conversão ressonante, não somente transmissão de potência mais alta pode ser assegurada, mas é também possível isolar completamente o transformador a partir da instalação de energia eólica. Se todos os meios de comutação no lado da instalação de energia eólica no lado primário do transformador forem abertos, a instalação de energia eólica é galvanicamente, ou pelo menos eletricamente, desacoplada da rede de parque.

[0025] Na operação de um parque eólico, é também necessário usar uma arquitetura de rede apropriada. Uma arquitetura de rede apropriada é distinguida pelo fato de que, se uma falha ocorrer no parque eólico, a rede de parque inteira não precisa ser desconectada, mas, pelo contrário, pode continuar a ser operada em seções. Por exemplo, a rede de parque pode ser construída como uma rede de anel ou uma rede de malha ou uma combinação das mesmas. Se uma falha ocorrer em uma seção da rede de parque, é feito uso dos assim chamados interruptores de isolamento, que isolam a falha durante uma breve interrupção na tensão de rede, a fim de isolar a seção, na qual uma falha ocorre, a partir do resto da rede de parque que não tem uma falha. A seção, na qual uma falha não ocorre, pode então ser operada

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8/21 adicionalmente e a potência elétrica que é gerada nessa seção pode ser alimentada à rede de distribuição elétrica.

[0026] A invenção, por conseguinte, obtém, pelo menos de acordo com uma modalidade, uma eficiência substancialmente mais alta durante a transmissão de potência através do uso de um dispositivo de comutação apropriado com um transformador e propõe um conceito de proteção de rede fundamentalmente novo para a rede de parque de CC.

[0027] A instalação de energia eólica preferencialmente provê o dispositivo de comutação com uma tensão de CC em uma saída de tensão de CC, tensão de CC esta que pode ser transformada do lado primário para o lado secundário por meio do dispositivo de comutação.

[0028] Nesse caso, a tensão de CC provida pode provir de um circuito intermediário de um conversor da instalação de energia eólica, por exemplo. No caso de uma instalação de energia eólica que tem um gerador síncrono, por exemplo, um retificador pode ser provido para essa finalidade, retificador este que pode prover a tensão de CC para o conversor de CC-CC por retificação de uma corrente alternada gerada pelo gerador.

[0029] Nesse caso, a tensão de CC provida na saída de tensão de CC pode ser descrita como uma baixa tensão e pode ter valores de tensão de <1000 V, que são típicas de um circuito intermediário.

[0030] O dispositivo de comutação preferencialmente compreende pelo menos dois disjuntores e/ou pelo menos quatro disjuntores que são configurados para aplicar uma tensão de CC em uma tensão de polaridade cambiante ao lado primário.

[0031] Os disjuntores podem, por conseguinte, ser conectados como um circuito de metade de ponte ou de ponte completa, por exemplo, uma assim chamada ponte H.

[0032] Disjuntores ou transistores de potência comuns, tais como IGBTs, tiristores, MOSFETs ou transistores bipolares podem ser usados como

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9/21 disjuntores, por exemplo.

[0033] Nesse caso, os disjuntores são controlados de uma tal maneira que, em uma primeira posição de comutação, uma tensão positiva do circuito intermediário de CC é aplicada a um primeiro ponto de conexão do enrolamento primário por meio de um primeiro disjuntor e uma tensão negativa do circuito intermediário de CC é aplicada a um segundo ponto de conexão do enrolamento primário por meio de um segundo disjuntor, com o resultado que corrente flui em uma primeira direção através do enrolamento primário.

[0034] Em uma segunda posição de comutação, uma tensão positiva do circuito intermediário de CC é aplicada ao segundo ponto de conexão do enrolamento primário por meio do primeiro disjuntor e uma tensão negativa do circuito intermediário de CC é aplicada ao primeiro ponto de conexão do enrolamento primário por meio do segundo disjuntor, com o resultado que corrente flui em uma segunda direção através do enrolamento primário. Uma troca é então feita entre essas duas posições de comutação, com o resultado que a direção de corrente consequentemente se altera continuamente.

[0035] Isso pode também ser obtido por meio de quatro disjuntores. O uso de pelo menos dois ou quatro disjuntores, por conseguinte, toma possível gerar uma polaridade cambiante no lado primário do transformador e gerar uma corrente cambiante no enrolamento primário, que resulta em uma corrente cambiante no enrolamento secundário. Como um resultado, potência ou energia é transmitida do lado primário para o lado secundário do transformador.

[0036] O transformador do conversor de CC-CC é preferencialmente na forma de um transformador de alta frequência. A comutação, às vezes, produz componentes de alta frequência, que podem, por conseguinte, ser transmitidos. Esses componentes de alta frequência podem ser produzidos, em particular, por altas frequências de comutação e/ou íngremes bordas de

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10/21 comutação. A transmissão com poucas perdas é obtida através do uso de um transformador de alta frequência. Típicas altas frequências de comutação, acima das quais o uso de um transformador de alta frequência começa a valer a pena por conta da eficiência de custo, estão na faixa de 20 kHz - 200 kHz. Uma modalidade propõe que um transformador de alta frequência com frequências de comutação a partir dessa faixa seja usado.

[0037] O uso de um transformador de alta frequência, por conseguinte, torna possível transmitir a tensão com um alto grau de eficiência com perdas muito baixas, em particular. Além disso, o uso de um transformador de alta frequência possibilita usar disjuntores que têm uma velocidade de comutação particularmente alta ou íngremes bordas de comutação. Por exemplo, os transistores de potência modernos, tais como IGBTs ou SiC-MOSFETs, têm grandes ou íngremes bordas de comutação de vários KV/ps.

[0038] Além disso, frequências de comutação consideravelmente mais altas dos disjuntores no dispositivo de comutação podem ser obtidas com um transformador de alta frequência em comparação com transformadores convencionais. No global, a eficiência na transmissão da tensão de CC é melhorada com o uso de um transformador de alta frequência.

[0039] O transformador do conversor de CC-CC é preferencialmente na forma de um transformador elevador de tensão a fim de transformar a tensão mais baixa no lado primário em uma tensão mais alta no lado secundário.

[0040] De acordo com a invenção, a tensão no lado primário é mais baixa que a tensão no lado secundário ou uma tensão de rede de parque. Nesse caso, uma tensão de rede de parque corresponde somente à tensão retificada no lado secundário do transformador.

[0041] Por conseguinte, é possível elevar a tensão de CC provida pela instalação de energia eólica em uma saída de tensão de CC para uma faixa de

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11/21 tensão mais alta. É também possível transformar a tensão do lado primário para o lado secundário por uma pré-definível razão de transformação ü.

[0042] O transformador do conversor de CC-CC é preferencialmente na forma de um estágio de isolamento de CC a fim de realizar o isolamento de CC entre a instalação de energia eólica e a rede de parque de CC. O transformador é, por conseguinte, projetado de uma tal maneira que uma conexão do lado primário ao lado secundário e vice-versa exista somente por intermédio de acoplamento eletromagnético. Não existe conexão de CC.

[0043] A prática de usar um transformador isolado de Como isolamento de proteção aumenta a segurança na operação da instalação de energia eólica na rede de parque de CC. Em particular, uma ameaça à instalação de energia eólica como um resultado de uma sobretensão na rede de parque de CC pode ser evitada.

[0044] Como um resultado do isolamento de CC, correntes de curtocircuito não podem ser acopladas ao circuito de baixa tensão e, por conseguinte, é possível prevenir que a energia inteira na rede de parque seja capaz de ser descarregada por intermédio do transformador. Além disso, a confiabilidade da rede de parque é também aumentada pelo projeto passivo do transformador.

[0045] O transformador do conversor de CC-CC é preferencialmente na forma de um transformador de alta tensão a fim de obter seguro isolamento de CC entre a instalação de energia eólica e a rede de parque de CC também para altas tensões. Nesse caso, também, a razão de transmissão ü entre o lado primário e o lado secundário do transformador de alta tensão pode ser substancialmente livremente selecionada.

[0046] Um valor de pelo menos 5, preferencialmente pelo menos 20, em particular pelo menos 50, é proposto como a razão de transmissão ü para o transformador e fundamentalmente se aplica a qualquer transformador descrito acima ou abaixo. A preferida tensão de rede de parque de CC durante

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12/21 a operação normal é, nesse caso, pelo menos 6 kV, preferencialmente pelo menos 14 kV, em particular pelo menos 20 kV.

[0047] Muito geralmente, a razão de transmissão ü de um transformador é descrita por intermédio da razão U_secundário /U_primário= n_secundário /llprimário, Onde Upnmário C Usecundário deSCrCVCO! aS tCUSOCS C Usecundário C Uprimário descrevem o respectivo número de enrolamentos do lado primário e lado secundário.

[0048] Por conseguinte, é possível poder operar o transformador no caso de uma grande diferença de tensões entre o lado primário e lado secundário em uma rede de CC de alta tensão e poder ajustar a razão de tensão de alguma maneira desejada.

[0049] A rede de parque de CC preferencialmente tem uma tensão para transmitir alta potência que é maior que 6 kV.

[0050] Uma tensão de rede de parque que é maior que 6 kV, por conseguinte, permite um fluxo de potência suficientemente grande a fim de alimentar as potências geradas pelas instalações de energia eólica à rede de distribuição elétrica. Nesse caso, uma tensão que é maior que 14 kV possibilita operar o inversor do lado de rede sem um transformador, uma vez que a tensão do circuito intermediário é suficientemente grande.

[0051] O lado secundário preferencialmente tem pelo menos dois meios de retificação, em que os meios de retificação são configurados para retificar a tensão transformada do lado primário para o lado secundário na tensão de CC da rede de parque de CC por meio de retificação de onda completa.

[0052] Muito geralmente, a retificação de onda completa é entendida aqui como significando um arranjo de retificação, em particular um arranjo de diodos, que tem pelo menos dois meios de retificação ou diodos que são usados para retificar tanto as tensões positivas quanto as negativas. Nesse caso, tanto os componentes negativos quanto os positivos de uma tensão

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13/21 elétrica podem ser retificados em uma tensão de CC unipolar.

[0053] De acordo com a invenção, a tensão de polaridade cambiante que é transmitida por intermédio do transformador pode, por conseguinte, ser retificada em uma tensão de rede de parque de CC.

[0054] A retificação de onda completa é preferencialmente na forma de um circuito de retificador de onda completa de centro e/ou um circuito de retificador em ponte.

[0055] O meio de retificação é preferencialmente na forma de um diodo de alta tensão.

[0056] Por conseguinte, é possível, de acordo com a invenção, retificar a tensão convertida no lado secundário em classes de alta tensão.

[0057] O transformador preferencialmente tem uma tomada central a fim de realizar retificação de onda completa de centro.

[0058] A vantagem de uma tomada central é que, como um resultado da estrutura de projeto do circuito, somente metade da tensão transmitida caiu através do ponto de conexão de ponto neutro e somente dois diodos são requeridos em comparação com um conversor de ponte completa que tem quatro diodos.

[0059] Também foi reconhecido que falhas podem ocorrer em diferentes locais na operação de um parque eólico, por exemplo, na instalação de energia eólica, na rede de parque ou outros componentes que estão incluídos no sistema global do parque eólico. Uma vez que as falhas muito geralmente não podem ser previstas, é proposto aqui prover um conceito protetor de múltiplos estágios na estrutura da rede de parque para a operação segura, conceito este que toma possível isolar as instalações de energia eólica e a rede de parque uma da outra e comutar as mesmas para ter o potencial zero. Deve ser igualmente assegurado que a rede de parque pode ser isolada da rede de distribuição e pode ser comutada para ter potencial zero.

[0060] Uma modalidade propõe que o inversor tenha, no lado de rede

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14/21 de parque, um aparelho de descarregamento ou aterramento para obter um estado de potencial zero na rede de parque de CC inteira e/ou em uma seção da rede de parque de CC, em que o aparelho de descarregamento ou aterramento preferencialmente tem um interruptor rotativo e/ou um resistor de descarga. Em uma rede de parque de CC em particular, tensão elétrica pode ainda estar presente na rede de parque de CC depois da conexão, pelo menos uma tensão residual, porque os capacitores presentes na rede de parque de CC, por exemplo, ainda apresentam uma tensão residual. O aparelho de descarregamento ou aterramento é proposto para remover uma tal tensão ou tensão residual. Por exemplo, a tensão residual pode ser descarregada para a terra de uma maneira pulsada por meio do interruptor rotativo. A conexão elétrica dos dois potenciais de tensão da rede de parque de CC por intermédio de um resistor de descarga também entra em consideração. O resistor de descarga pode também ser usado para descarregar a tensão para a terra. O resistor de descarga pode também ser usado conjuntamente com o interruptor rotativo em virtude de o interruptor rotativo descarregar a tensão de uma maneira pulsada por intermédio do resistor de descarga.

[0061] A invenção é também baseada no conceito de medidas protetoras apropriadas serem muito geralmente ou disjuntores, que são introduzidos na rede de parque de CC, ou uma arquitetura de rede apropriada, que pode assegurar a desconexão de rede seletiva. A desvantagem de disjuntores para classes de alta tensão de CC é o grande fator de custo. A escolha de uma apropriada arquitetura de rede de parque de CC a fim de poder obter proteção de rede confiável é, por conseguinte, proposta.

[0062] Em particular, proteção apropriada pode ser realizada com a ajuda de desacoplamento entre a instalação de energia eólica e a rede de parque por meio do isolamento de CC na forma de um transformador e apropriada conversão de CC-CC. Essa estrutura toma possível desacoplar a instalação de energia eólica da rede de parque no lado de baixa tensão.

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15/21 [0063] É também proposto que os meios de comutação e os interruptores de isolamento na rede de parque sejam usados de uma tal maneira que eles permitam o religamento automático ou rápido isolamento da falha com base em um local de falha. O religamento automático e rápido isolamento da falha por meio dos interruptores de isolamento na rede de parque são, por conseguinte, possíveis medidas protetoras adicionais a fim de se poder reagir a falhas no circuito de alta tensão da rede de parque sem se ter que desconectar o parque eólico inteiro.

[0064] E também destacado que os termos religamento automático e isolamento são termos técnicos conhecidos do campo de proteção de rede e tecnologia de potência elétrica.

[0065] Outra configuração provê que pelo menos uma carga elétrica e/ou um acumulador de energia sejam arranjados na rede de parque a fim de poder consumir eletricamente potência dentro da rede de parque, se a rede de distribuição e a rede de parque forem isoladas. Se o parque eólico tiver que ser isolado da rede de distribuição elétrica por conta de uma falha na rede de distribuição ou por conta de uma especificação pelo operador de rede, é, por conseguinte, ainda possível consumir potência ou alimentar a potência a um acumulador de energia provido para isto. Isso pode ser vantajoso, se uma falha estiver presente somente brevemente e as instalações de energia eólica não têm que ser imediatamente desconectadas por conta de cargas inexistentes.

[0066] Pode também ser desvantajoso, se um conceito protetor de múltiplos estágios ou uma proteção de rede seletiva não for disponível. O isolamento ativo da instalação de energia eólica por meio de um dispositivo de comutação apropriado ou o religamento automático por meio de interruptores de isolamento na rede de parque também não está descrito, em particular, no pedido de patente publicado US 2011/0198847 Al. A tecnologia mostrada no mesmo podería também ter uma indutância parasita

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16/21 particularmente alta por conta do transformador não apropriado, que resulta em má eficiência quando transmite potência. Consequentemente, uma solução mais apropriada é agora proposta de acordo com a invenção.

[0067] A invenção também propõe um método para controlar um parque eólico para alimentar potência elétrica a uma rede de distribuição elétrica em um ponto de conexão de rede, em que o parque eólico:

- tem pelo menos duas instalações de energia eólica para gerar potência elétrica;

- tem uma rede de parque de CC para transmitir potência elétrica das instalações de energia eólica para o ponto de conexão de rede; e

- tem um inversor arranjado entre a rede de parque de CC e o ponto de conexão de rede, em que o inversor transforma tensão de CC elétrica da rede de parque de CC em uma tensão de CA a fim de alimentar a potência elétrica das instalações de energia eólica à rede de distribuição elétrica;

- pelo menos um conversor de CC-CC é provido e alimenta potência elétrica de pelo menos uma instalação de energia eólica à rede de parque de CC, em que

- o conversor de CC-CC tem um dispositivo de comutação e um transformador com um lado primário e um lado secundário,

- o lado primário é acoplado à pelo menos uma instalação de energia eólica por intermédio do dispositivo de comutação,

- o lado secundário é acoplado à rede de parque de CC por intermédio de pelo menos um meio de retificação, em particular um meio de retificação que tem uma pluralidade de diodos, e

- o conversor de CC-CC aplica uma tensão de CC de polaridade cambiante ao lado primário do transformador por meio do dispositivo de comutação, em que uma tensão de CC da pelo menos uma instalação de energia eólica é transformada assim do lado primário para o lado

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17/21 secundário.

[0068] Esse método preferencialmente opera da maneira explicada em conexão com um parque eólico descrito acima ou abaixo. O método preferencialmente usa um tal parque eólico.

[0069] A presente invenção é agora explicada em mais detalhe a título de exemplo embaixo com base em modalidades de exemplo e com referência às figuras anexas.

[0070] A figura 1 mostra uma vista esquemática da instalação de energia eólica de acordo com uma modalidade.

[0071] A figura 2 mostra uma vista esquemática de um parque eólico de acordo com uma modalidade.

[0072] A figura 3 mostra esquematicamente uma estrutura de um parque eólico de acordo com a invenção com uma rede de parque de CC de acordo com uma modalidade adicional.

[0073] A figura 4 mostra esquematicamente uma estrutura de um parque eólico de acordo com a invenção com uma rede de parque de CC de acordo com uma modalidade adicional, em que a proteção de rede seletiva é implementada.

[0074] A figura 1 mostra uma instalação de energia eólica 100 tendo uma torre 102 e uma nacela 104. Um rotor 106 tendo três pás de rotor 108 e um girador 110 é arranjado na nacela 104. O rotor 106 é feito com que gire durante a operação pelo vento e acione assim um gerador na nacela 104.

[0075] A figura 2 mostra um parque eólico 212 tendo, a título de exemplo, três instalações de energia eólica 200, que podem ser idênticas ou diferentes. As três instalações de energia eólica 200 são, por conseguinte, representativas de fundamentalmente qualquer número desejado de instalações de energia eólica em um parque eólico 212. As instalações de energia eólica 200 proveem sua potência, mais especificamente a corrente gerada em particular, por intermédio de uma rede de parque de CC elétrica

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214. Nesse caso, as correntes ou potências respectivamente geradas das instalações de energia eólica individuais 200 são adicionadas e um inversor central 216 é aqui provido e converte a tensão de CC no parque em uma tensão de CA a fim de então alimentar a correspondente corrente à rede de distribuição 219 no ponto de alimentação 218, que é também no geral referido como o PCC. A figura 2 é somente uma ilustração simplificada de um parque eólico 212 que não mostra um controlador, por exemplo, muito embora um controlador esteja naturalmente presente.

[0076] A figura 3 mostra uma modalidade detalhada do parque eólico 312 de acordo com a invenção. Cada instalação de energia eólica 300 converte energia mecânica em potência elétrica usando um rotor rotativo 306 por meio de um gerador 320. Nesse caso, o gerador 320 gera uma tensão de CA de seis fases, que é retificada para uma tensão de CC usando um retificador 322. Nesse caso, o retificador 322 pode também ter um capacitor 323 como um acumulador de energia no lado de tensão de CC. O retificador 322 é eletricamente conectado nesse caso ao dispositivo de comutação 324, com o resultado que a tensão de CC retificada a partir do retificador pode ser tomada disponível para o dispositivo de comutação 324.

[0077] Nesse caso, o dispositivo de comutação 324 tem um total de quatro disjuntores SI, S2, S3 e S4, em que os quatro disjuntores são arranjados em um circuito em ponte completa, que pode também ser referido como um circuito de ponte ou uma ponte H. Os comutadores S1 e S2, que são conectados em série, formam um primeiro braço de ponte nesse caso e os comutadores S3 e S4 que são igualmente conectados em série formam um segundo braço de ponte. Além disso, um lado primário 350 do transformador 326 é eletricamente conectado aos dois braços de ponte do dispositivo de comutação 324, mais especificamente entre os comutadores SI e S2 com uma primeira conexão e entre os comutadores S3 e S4.

[0078] Uma tensão positiva pode ser gerada no lado primário 350 do

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19/21 transformador 326 por meio de diagonalmente comutar os comutadores SI e S4, em cujo caso os comutadores S2 e S3 estão abertos. De forma inversa, uma tensão com um sinal negativo pode igualmente ser aplicada ao lado primário 350 do transformador 326, se os comutadores S2 e S3 estiverem em um estado condutor e os comutadores SI e S4 estiverem em um estado não condutor.

[0079] De acordo com a polaridade da tensão, o sinal do fluxo de corrente através do lado primário 350 do transformador 326 também se altera. O dispositivo de comutação 324, por conseguinte, gera uma tensão de polaridade cambiante no lado primário 350 do transformador 326.

[0080] A tensão de polaridade cambiante é transformada no lado secundário 352 do transformador 326 usando uma razão de transmissão ü. Nesse caso, o transformador 326 tem uma divisão com uma tomada central 354. A tomada central 354 permite a retificação de onda completa por intermédio do meio de retificação 328. Nesse caso, a tomada central 354 é eletricamente conectada a uma primeira linha de conexão principal da rede de parque 314 e os meios de retificação 328 são conectados à segunda linha de conexão elétrica principal por intermédio de um ponto de conexão comum.

[0081] Por conseguinte, a tensão de CC transformada no lado secundário 352 do transformador 326 é retificada de acordo com a invenção para uma tensão de rede de parque por meio do meio de retificação 328. Um inversor central 316 é eletricamente conectado às duas linhas de conexão principais da rede de parque 314. O inversor central 316 - que pode igualmente ter um capacitor 323 como um acumulador - então alimenta a potência gerada da rede de parque na rede de distribuição trifásica elétrica 319 no ponto de conexão de rede 318.

[0082] A figura 4 mostra uma modalidade detalhada adicional do parque eólico 312 de acordo com a invenção e ilustra um conceito de proteção de rede multiestágio e seletivo de acordo com uma modalidade. Para a melhor

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20/21 clareza, elementos similares, mas não necessariamente idênticos, nas figuras 3 e 4, foram providos com sinais de referência idênticos. Na modalidade mostrada, os comutadores SI 1, S21, S31 e S41 do dispositivo de comutação 324 estão abertos, com a posição de comutação aberta, o lado primário 350 do transformador 326 está eletricamente desacoplado da instalação de energia eólica e é, por conseguinte, isolado.

[0083] O lado secundário 352 para cada instalação de energia eólica pode igualmente estar eletricamente isolado, em particular isolado de CC, da rede de parque 314 por intermédio dos interruptores de isolamento 356, 357. A modalidade mostrada na figura 4 mostra, como um exemplo, como a instalação de energia eólica 300 é eletricamente isolada da rede de parque 314 e os interruptores de isolamento 356 estão abertos, em cujo caso a instalação de energia eólica 301 está ainda conectada à rede de parque por intermédio dos interruptores de isolamento 357. Trabalho de manutenção na instalação de energia eólica 300 pode, por conseguinte, ser realizado, por exemplo, e a instalação de energia eólica 301 pode ainda ativamente alimentar potência à rede de distribuição 319, ao mesmo tempo.

[0084] Além disso, os interruptores de isolamento 356, 357, 358, 359 podem ser arranjados de qualquer maneira desejada na rede de parque 314. Se, por exemplo, uma falha ocorrer em outra seção - não mais mostrada na figura 4 - do parque eólico 312, outra seção da rede de parque pode ser desconectada por intermédio dos interruptores de isolamento 358 mostrados.

[0085] A figura 4 igualmente mostra um aparelho de aterramento 360, que pode também ser referido como um aparelho de descarregamento, que tem um resistor de carga 362 e um outro meio de comutação 364. O meio de comutação 364 pode operar como um interruptor rotativo e pode conduzir corrente, por meio de pulsação, por intermédio do resistor de carga 362 que, por conseguinte, opera como um resistor de descarga, porque o capacitor de circuito intermediário 323 mostrado a título de exemplo pode ser assim

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21/21 descarregado. Esse aparelho de aterramento 360 pode, por conseguinte, ter um interruptor rotativo, por exemplo, e adicionalmente ou altemativamente um resistor de descarga ou uma impedância de descarga. O aparelho de aterramento, por conseguinte, ter a tarefa de ser capaz de descarregar a rede de parque 314 e pode igualmente ser usado para descarregar o capacitor de circuito intermediário 323 do inversor 316. Por conseguinte, é possível comutar a rede de parque 314 para ter o potencial zero, que pode ser importante, em particular, para finalidades de manutenção, a fim de proteger o pessoal de serviço.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Parque eólico para alimentar potência elétrica a uma rede de distribuição elétrica em um ponto de conexão de rede, caracterizado pelo fato de que compreende:

- pelo menos duas instalações de energia eólica para gerar potência elétrica;

- uma rede de parque de CC para transmitir potência elétrica das instalações de energia eólica para o ponto de conexão de rede; e

- um inversor que é arranjado entre a rede de parque de CC e o ponto de conexão de rede e é configurado para transformar tensão de CC elétrica da rede de parque de CC em uma tensão de CA a fim de alimentar a potência elétrica das instalações de energia eólica à rede de distribuição elétrica;

- pelo menos um conversor de CC-CC para alimentar potência elétrica de pelo menos uma instalação de energia eólica à rede de parque de CC, em que

- o conversor de CC-CC tem um dispositivo de comutação e um transformador com um lado primário e um lado secundário,

- o lado primário é acoplado à pelo menos uma instalação de energia eólica por intermédio do dispositivo de comutação,

- o lado secundário é acoplado à rede de parque de CC por intermédio de pelo menos um meio de retificação, em particular um meio de retificação que tem uma pluralidade de diodos, e

- o conversor de CC-CC é configurado para aplicar uma tensão de CC de polaridade cambiante ao lado primário do transformador por meio do dispositivo de comutação a fim de transformar assim uma tensão de CC da pelo menos uma instalação de energia eólica do lado primário para o lado secundário.
2. Parque eólico de acordo com a reivindicação 1,

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2/6 caracterizado pelo fato de que as instalações de energia eólica proveem o dispositivo de comutação com uma tensão de CC em uma saída de tensão de CC, tensão de CC esta que é preparada para ser transformada do lado primário para o lado secundário por meio do dispositivo de comutação.
3. Parque eólico de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de comutação tem dois disjuntores e/ou pelo menos quatro disjuntores que são configurados para aplicar uma tensão de CC em uma tensão de polaridade cambiante ao lado primário.
4. Parque eólico de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o transformador do conversor de CC-CC é na forma de um transformador de alta frequência a fim de produzir menos perdas elétricas durante a transformação da tensão do lado primário para o lado secundário no caso de altas frequências de comutação e/ou grandes bordas de comutação.
5. Parque eólico de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o transformador do conversor de CC-CC é na forma de um transformador elevador de tensão a fim de transformar a tensão mais baixa no lado primário em uma tensão mais alta no lado secundário.
6. Parque eólico de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o transformador do conversor de CC-CC é na forma de um estágio de isolamento de CC a fim de realizar o isolamento de CC entre a instalação de energia eólica e a rede de parque de CC.
7. Parque eólico de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o transformador do conversor de CC-CC é na forma de um transformador de alta tensão a fim de realizar o isolamento de CC entre a instalação de energia eólica e a rede de

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3/6 parque de CC, em que o transformador tem, em particular, uma pré-definida razão de transmissão ü do transformador de alta tensão.
8. Parque eólico de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a rede de parque de CC tem uma tensão para transmitir altas potências, que é maior que 6 kV, em particular maior que 14 kV.
9. Parque eólico de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o lado secundário tem pelo menos dois meios de retificação, em que os meios de retificação são configurados para retificar a tensão transformada do lado primário para o lado secundário na tensão de CC da rede de parque de CC por meio de retificação de onda completa.
10. Parque eólico de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a retificação de onda completa é na forma de um circuito de retificador de onda completa de centro e/ou um circuito de retificador em ponte.
11. Parque eólico de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que os meios de retificação são na forma de diodos de alta tensão.
12. Parque eólico de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o transformador tem uma tomada central a fim de realizar retificação de onda completa de centro.
13. Parque eólico de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a tensão de CC transformada do lado primário para o lado secundário tem um perfil de onda praticamente quadrada.
14. Parque eólico de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o inversor tem, no lado de rede de parque, um aparelho de descarregamento ou aterramento para

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15. Parque eólico de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a rede de parque de CC tem pelo menos um interruptor de isolamento para isolar uma falha em uma seção da rede de parque de CC, em que os interruptores de isolamento podem conectar e/ou isolar seções da rede de parque a fim de permitir a desconexão seletiva da rede de parque de CC.
16. Parque eólico de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a rede de parque é na forma de uma rede de anel ou uma rede de malha.
17. Parque eólico de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o lado primário do transformador pode ser desacoplado eletricamente, em particular galvanicamente, por intermédio do dispositivo de comutação, em que o desacoplamento elétrico é preferencialmente realizado pela abertura de meios de comutação que são arranjados no dispositivo de comutação a fim de obter o desacoplamento elétrico ou galvânico completo entre a instalação de energia eólica e a rede de parque de CC.
18. Parque eólico de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o conversor de CC é na forma de um conversor direto e/ou um conversor ressonante.
19. Parque eólico de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma carga elétrica e/ou um acumulador de energia são arranjados na rede de parque a fim de poder consumir eletricamente potência dentro da rede de parque, se a rede de distribuição e a rede de parque forem isoladas.

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20. Parque eólico de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que pelo menos um meio de comutação e/ou um interruptor de isolamento podem ser usados para realizar o religamento automático e/ou para isolar uma falha.
21. Método para controlar um parque eólico para alimentar potência elétrica a uma rede de distribuição elétrica em um ponto de conexão de rede, caracterizado pelo fato de que o parque eólico

- tem pelo menos duas instalações de energia eólica para gerar potência elétrica;

- tem uma rede de parque de CC para transmitir potência elétrica das instalações de energia eólica para o ponto de conexão de rede; e

- tem um inversor arranjado entre a rede de parque de CC e o ponto de conexão de rede, em que o inversor transforma tensão de CC elétrica da rede de parque de CC em uma tensão de CA a fim de alimentar a potência elétrica das instalações de energia eólica à rede de distribuição elétrica;

- pelo menos um conversor de CC-CC é provido e alimenta potência elétrica de pelo menos uma instalação de energia eólica à rede de parque de CC, em que

- o conversor de CC-CC tem um dispositivo de comutação e um transformador com um lado primário e um lado secundário,

- o lado primário é acoplado à pelo menos uma instalação de energia eólica por intermédio do dispositivo de comutação,

- o lado secundário é acoplado à rede de parque de CC por intermédio de pelo menos um meio de retificação, em particular um meio de retificação que tem uma pluralidade de diodos, e

- o conversor de CC-CC aplica uma tensão de CC de polaridade cambiante ao lado primário do transformador por meio do dispositivo de comutação, em que uma tensão de CC da pelo menos uma

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6/6 instalação de energia eólica é transformada assim do lado primário para o lado secundário.
22. Método de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que o método usa um parque eólico como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 20 ou é realizado em um tal parque eólico.