ES2245608B1 - Procedimiento y dispositivo para evitar la desconexion de un parque de generacion de energia electrica de la red. - Google Patents
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Abstract
Procedimientos para evitar que un parque de máquinas de generación de energía eléctrica conectadas a una red se desconecte cuando se produzca en ella un hueco de tensión mediante el que, al detectar un hueco de tensión se regula la tensión aportada a la red de manera proporcional a la magnitud del hueco de tensión, desviando la parte de la potencia activa producida por el parque y no inyectada en la red hacia equipos de almacenamiento y/o disipación de energía, manteniendo la tensión del parque en su valor nominal. La invención también comprende un dispositivo para llevar a cabo el procedimiento que integra un "by-pass" (1), un transformador (4), un inversor estático (5), un convertidor estático (6), un conjunto de una capacidad (7) y una resistencia de disipación (8), un circuito de detención del hueco de tensión y un circuito de control (20).
Description
Procedimiento y dispositivo para evitar la
desconexión de un parque de generación de energía eléctrica de la
red.
La presente invención se refiere a un
procedimiento y un dispositivo para evitar la desconexión de un
parque de generación de energía eléctrica de la red cuando se
produce en ella un hueco de tensión de especial aplicación a parques
de aerogeneradores.
La conexión de los aerogeneradores a las redes
de distribución eléctrica, así como la utilización de los mismos
como medio de alimentación de máquinas eléctricas, plantea
problemas particulares respecto a otras formas de fuentes de
energía. Para estos problemas se han propuesto diversas
soluciones.
Uno de estos problemas radica en que se produzca
un cortocircuito en la red que provocaría que las características
de acoplamiento del parque de aerogeneradores se vieran
modificadas. A este respecto, la patente DE 10206828 propone un
sistema de control que detecta este cortocircuito en la red,
desconectando de la misma el parque de aerogeneradores que, sin
dejar de funcionar, posee medios para disipar y acumular la energía
que produce hasta que, pasado el cortocircuito, puede volverse a
conectar nuevamente a red.
Otro problema consiste en un sobrevoltaje en la
red que afectaría al parque de aerogeneradores. La patente DE
10105892 propone un sistema de detección de este problema y la
solución al mismo, disipando en forma de calor el exceso de energía
producida.
La patente DE 19624809 propone un sistema de
filtrado en la propia red de alterna para obtener una determinada
señal de onda, mediante la variación de la velocidad de giro del
rotor de una máquina eléctrica.
Por último, la patente US 5127085 limita o
elimina las corrientes de avería de la red de alterna, que
llegarían a tensionar los elementos internos de un alternador.
La técnica anterior no ha prestado, sin embargo,
atención al problema planteado por los "huecos de
tensión".
En la conexión a la red eléctrica de la salida
de un parque de máquinas de generación eléctrica tales como
aerogeneradores puede producirse un escalón brusco de tensión como
consecuencia de defectos de la red. En esos casos, la actuación de
las protecciones correspondientes ocasiona la desconexión de la
parte defectuosa de la red lo que provoca un nuevo escalón de
tensión en sentido contrario cuando se recupera el nivel de tensión
existente antes del defecto. El conjunto de ambos escalones suele
llamarse "hueco de tensión" que puede definirse por dos
parámetros: la magnitud del escalón de tensión y la duración.
Un "hueco de tensión" puede llegar a
provocar la desconexión de un parque de aerogeneradores de la red
con los consiguientes efectos perjudiciales para la gestión de la
propia red. Los escalones de tensión, perjudican además el
funcionamiento de los aerogeneradores porque modifican bruscamente
el par resistente afectando a la vida de las multiplicadoras.
Resulta pues deseable disponer de procedimientos y dispositivos que
eviten estos efectos. La presente invención ofrece una solución a
esa necesidad.
En un primer aspecto, la presente invención
propone un procedimiento para evitar que un parque de máquinas de
generación de energía eléctrica, tales como aerogeneradores,
conectados a una red se desconecte cuando se produzca en ella un
hueco de tensión, que comprende los siguientes pasos:
- Monitorizar permanentemente la tensión de la
red;
- Al detectar un hueco de tensión en la red,
desviar una parte de la potencia activa producida por el parque
hacia un conjunto de una capacidad y unas resistencias de
disipación, manteniendo la tensión del parque en su valor nominal y
regulando la tensión aportada a la red de manera proporcional a la
magnitud del hueco de tensión.
En un segundo aspecto, la presente invención
propone un dispositivo para llevar a cabo el procedimiento
mencionado que integra, como elementos principales, los
siguientes:
a) Un dispositivo de derivación en media
tensión;
b) Un dispositivo de protección en baja
tensión;
c) Un conjunto integrado de un convertidor
estático cc/cc + cc/ca y un transformador serie baja tensión/media
tensión (BT/MT);
d) Un conjunto de capacidad y resistencias de
disipación para absorber la potencia activa no inyectada en la
red;
e) Un circuito de detección del hueco de tensión
en la red de MT;
f) Un circuito de control del conjunto de
elementos mencionados que permite que el conjunto del convertidor
estático y el transformador genere la tensión necesaria para
mantener la tensión del parque en su valor nominal y regule
automáticamente la tensión aportada a la red por el dispositivo en
función de la magnitud del hueco de tensión y para que el conjunto
de la capacidad y las resistencias de disipación almacene y disipe
la parte de la potencia activa generada por el parque que no se
inyecta en la red. Este o circuito de control del dispositivo está
conectado a los circuitos de control de los elementos mencionados y
a sensores que permiten detectar instantáneamente los parámetros
relevantes.
Otras características y ventajas de la presente
invención se desprenderán de la descripción detallada que sigue de
una realización ilustrativa de su objeto en relación con el dibujo
que se acompaña.
En la Figura 1 se muestra un esquema de conjunto
con los elementos que componen un dispositivo según la presente
invención.
En una realización preferente, el procedimiento
según la invención comprende los siguientes pasos:
a) Monitorizar permanentemente la tensión de la
red;
b) Al detectar un hueco de tensión, generar una
tensión alterna con la amplitud y fase apropiadas, que sumada a la
de la red, mantenga la tensión del parque en cada una de las 3
fases;
c) Absorber parte de la potencia activa generada
por el parque, y derivarla hacia un conjunto de resistencias de
disipación de energía, regulando de forma controlada la energía a
disipar;
d) Regular la tensión aportada a la red,
adecuando su valor al del hueco de tensión, a medida que se
restituye el valor de la tensión de la red.
Por su parte, describiremos seguidamente,
siguiendo la Figura 1, una realización preferente de un dispositivo
según la invención.
El dispositivo consta de los siguiente
elementos:
a) Un dispositivo de derivación 1
("by-pass") estático trifásico en media
tensión con un circuito de control 11 que realiza las misiones de
maniobra de arranque y parada, control de by-pass,
actuación ante alarmas, comunicación con el exterior vía
RS-232, presentación de alarmas, etc;
Preferentemente, el dispositivo debe ser capaz de activarse en un
tiempo inferior a 150 microsegundos y de desactivarse en un tiempo
inferior a 1 milisegundo;
b) Un interruptor automático 2, asociado
funcionalmente al dispositivo de derivación anterior;
c) Un dispositivo de protección en baja tensión
con sus circuitos asociados;
d) Seccionadores 3 para operaciones de
mantenimiento;
e) Un transformador 4 BT/MT, con su primario
conectado en serie en el circuito de MT;
f) Un inversor estático cc/ca 5, con un circuito
15 para su control con un DSP que controla la generación de tensión
con amplitud y con fase controlables, para restituir el hueco de
tensión y para regular la aportación de potencias activa y reactiva
de ambos signos;
g) Un convertidor estático cc/cc 6, con un
circuito 16 para su control con un DSP que controla la tensión del
bus de continua a través de la modificación de las bandas de
tensión que permiten controlar el drenado de corriente continua
hacia las resistencias de disipación;
h) Un conjunto formado por una capacidad de
almacenamiento de energía 7 y varias resistencias de disipación
8;
i) Un circuito de control 10 con un DSP que
realiza las funciones de cálculo del valor instantáneo de la
tensión de red, determinación del hueco de tensión, frecuencia de
la red y ángulo de la red, para la detección del hueco de tensión
en la red de MT 14, capaz, preferentemente, de detectar el valor de
la amplitud y la fase del hueco de tensión en un tiempo inferior a
0,5 milisegundos por medio de algoritmos de cálculo implementados
en el microprocesador del circuito;
j) Un circuito de control 20 del conjunto de las
unidades anteriores, conectado a los controles electrónicos 10, 11,
15, 16 asociados a cada una de estas unidades y que comprende los
siguientes elementos:
- -
- Sensores de tensión por fase para la medida de la tensión de red en el punto de salida del dispositivo;
- -
- Sensores de tensión por fase para la medida de la tensión de red del parque 12;
- -
- Sensores de intensidad por fase para la medida de la corriente inyectada por el parque en la red;
- -
- Circuito de adaptación y filtrado de las medidas de tensión y corriente alternas;
- -
- Sensores de tensión continua y su circuito de adaptación asociado;
- -
- Sistemas de control de las protecciones electrónicas de manera que en caso de avería se asegure la continuidad de operación del parque.
El funcionamiento del sistema anteriormente
descrito se describe a continuación.
En régimen estable de la tensión de red:
- -
- El interruptor 2 está abierto.
- -
- Los seccionadores 3 están cerrados.
- -
- La derivación estática 1 está cerrada.
- -
- El dispositivo de protección está abierto.
- -
- El conjunto convertidor cc/cc+cc/ca 5 y 6 está en "parada caliente".
- -
- La capacidad 7 está cargada a su tensión nominal.
- -
- Las resistencias 8 no disipan energía.
Cuando el circuito detector del hueco de tensión
en la red 10, detecta un hueco de tensión, caracterizado por la
desviación de la tensión instantánea en valor superior a un umbral
ajustable y durante un tiempo también ajustable, que en esta
realización es del orden de 0,5 milisegundos, arranca el dispositivo
según la presente invención, produciéndose los sucesos que se
desarrollan a continuación.
En régimen transitorio "hueco de
tensión":
- -
- La derivación estática 1 se abre.
- -
- El convertidor 5 arranca y genera una tensión cuyo valor instantáneo viene dado por:
- donde:
- V parque_{i} = valor instantáneo de la tensión nominal del parque.
- Vred_{i} = valor instantáneo medido por el sensor de tensión de la red en media tensión.
- N = relación de transformación.
- -
- El transformador BT/MT 4 genera la tensión necesaria para mantener la tensión del parque en su valor nominal.
- -
- El conjunto convertidor cc/ca 5 y transformador 4 permite absorber la potencia activa suministrada por el parque de aerogeneradores.
- -
- La potencia activa produce una intensidad cc en la entrada del convertidor cc/ca 5, en el lado cc, la cual carga la capacidad 7.
- -
- El convertidor cc/cc 6, por medio del sensor de intensidad cc, detecta esta intensidad y pone en marcha el control del convertidor, que inyecta la potencia activa en las resistencias de disipación 8 de forma controlada.
Este proceso transitorio continúa durante el
"hueco de tensión" en la forma siguiente:
- -
- El convertidor cc/ca 5 regula automáticamente la tensión que el transformador 4 inyecta en la red en cada una de las tres fases, reduciendo el aporte de tensión a medida que la red recupera su valor de tensión, acercándose al valor nominal.
- -
- La potencia activa absorbida se reduce automáticamente de igual forma.
- -
- El convertidor cc/ca 5 puede, adicionalmente, inyectar potencia reactiva en la red por medio del control del vector de tensión aportada, que se regula en módulo y en fase.
- -
- El convertidor cc/cc 6 inyecta en las resistencias de disipación 8 la potencia activa necesaria, con valor decreciente, hasta que se produce la recuperación completa de la tensión de la red.
- -
- El convertidor cc/cc 6 controla la intensidad instantánea que circula hacia las resistencias.
- -
- El convertidor cc/cc 6 controla el rizado de intensidad que circula por la capacidad y lo reduce desviando las componentes alternas de intensidad a las resistencias.
Al recuperarse la red 14, el circuito detector
del hueco de tensión en la red 10, detecta este restablecimiento,
con lo que el conjunto de unidades pasa al régimen estable.
El dispositivo de protección en baja tensión
asegura que en caso de mal funcionamiento o avería en el inversor,
no se producen sobretensiones en el lado de baja del
transformador.
En la realización preferente que acabamos de
describir pueden introducirse aquellas modificaciones comprendidas
dentro del alcance definido por las siguientes reivindicaciones.
Claims (7)
-
\global\parskip0.970000\baselineskip
1. Procedimiento para evitar que un parque de máquinas de generación de energía eléctrica conectadas a una red se desconecte cuando se produzca en ella un hueco de tensión, incluyendo los pasos de monitorizar permanentemente la tensión de la red y, al detectar un hueco de tensión, regular la tensión aportada a la red de manera proporcional a la magnitud del hueco de tensión, caracterizado porque dicha regulación se lleva a cabo a nivel del parque, manteniendo la tensión del parque en su valor nominal. - 2. Procedimiento para evitar que un parque de máquinas de generación de energía eléctrica conectadas a una red se desconecte cuando se produzca en ella un hueco de tensión según la reivindicación 1, caracterizado porque dicha regulación de tensión comprende los siguientes pasos:
- i.
- Al detectar un hueco de tensión, generar una tensión alterna con la amplitud y fase apropiadas, que sumada a la de la red, mantenga la tensión del parque en cada una de las 3 fases;
- ii.
- Absorber parte de la potencia activa generada por el parque, y derivarla hacia un conjunto de resistencias de disipación de energía, regulando de forma controlada la energía a disipar;
- iii.
- Regular la tensión aportada a la red adecuando su valor al del hueco de tensión, a medida que se restituye el valor de la tensión de la red;
- iv.
- Regular la potencia reactiva inyectada en la red, durante el hueco de tensión.
- 3. Procedimiento para evitar que un parque de máquinas de generación de energía eléctrica conectadas a una red se desconecte cuando se produzca en ella un hueco de tensión según la reivindicación 1 caracterizado porque dichas máquinas son aerogeneradores.
- 4. Dispositivo para evitar que un parque de máquinas de generación de energía eléctrica conectado a una red de MT (14) se desconecte cuando se produzca en ella un hueco de tensión caracterizado porque comprende los siguientes elementos:
- a)
- Un dispositivo de derivación (1) estático trifásico en MT y, asociados con él un interruptor automático (2) y dos seccionadores (3);
- b)
- Un dispositivo de protección en baja tensión;
- c)
- Un transformador serie de BT/MT (4);
- d)
- Un inversor estático cc/ca (5);
- e)
- Un convertidor estático cc/cc (6);
- f)
- Un conjunto de una capacidad (7) y unas resistencias de disipación (8);
- g)
- Un circuito de detección (10) del hueco de tensión en la red de MT;
- h)
- Un circuito de control (20) conectado a los controles electrónicos (11, 15, 16) de los componentes a), d), e) y a dicho circuito de detección (10);
estando dichos componentes dispuestos para detectar un hueco de tensión en la red de MT (14) y, en ese caso, regular automáticamente la tensión aportada a la red en función de la magnitud del hueco de tensión, desviar hacia la capacidad (7) y la resistencia (8) la parte de la potencia activa generada por el parque que no se inyecta en la red (14), manteniendo la tensión del parque en su valor nominal y regulando adicionalmente la potencia reactiva aportada a la red. - 5. Dispositivo para evitar que un parque de máquinas de generación de energía eléctrica conectado a una red de MT (14) se desconecte cuando se produzca en ella un hueco de tensión según la reivindicación 4, caracterizado porque el circuito de detección (10) es capaz de detectar el valor de la amplitud y la fase del hueco de tensión en un tiempo inferior a 0,5 milisegundos por medio de algoritmos de cálculo implementados en el microprocesador del circuito de control.
- 6. Dispositivo para evitar que un parque de máquinas de generación de energía eléctrica conectado a una red de MT (14) se desconecte cuando se produzca en ella un hueco de tensión según la reivindicación 4, caracterizado porque el dispositivo de derivación (1) es capaz de activarse en un tiempo inferior a 150 microsegundos y de desactivarse en un tiempo inferior a 1 milisegundo.
- 7. Dispositivo para evitar que un parque de máquinas de generación de energía eléctrica conectado a una red de MT (14) se desconecte cuando se produzca en ella un hueco de tensión según la reivindicación 4, caracterizado porque dichas máquinas son aerogeneradores.
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