ES2358135B2 - METHOD OF DETECTION OF FAULTS IN A FREQUENCY CONVERTER COUPLED TO THE GENERATOR OF A WINDER. - Google Patents
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Abstract
Método de detección de fallos en un convertidor de frecuencia acoplado al generador de un aerogenerador y a una red eléctrica. El convertidor de frecuencia consiste en un inversor de red (3), un condensador (4) de acoplamiento DC y un inversor generador (2), en el que mediante la medición del tiempo de descarga del condensador (4) de acoplamiento DC se detecta la existencia de un fallo tanto en el condensador (4) como en el aislamiento del generador (1).Error detection method in a converter frequency coupled to the generator of a wind turbine and a network electric The frequency converter consists of an inverter of mains (3), a DC coupling capacitor (4) and an inverter generator (2), in which by measuring the discharge time of the DC coupling capacitor (4) the existence of a fault in both the capacitor (4) and the insulation of the generator (1).
Description
Método de detección de fallos en un convertidor de frecuencia acoplado al generador de un aerogenerador.Error detection method in a converter of frequency coupled to the generator of a wind turbine.
La invención está relacionada con la detección de fallos en un generador o un convertidor de frecuencia en un aerogenerador.The invention is related to detection of faults in a generator or a frequency converter in a wind turbine
La parte generadora de una red de suministro eléctrico está constituida por múltiples elementos, que en el caso de un funcionamiento incorrecto pueden causar pérdidas de energía, daño en otros componentes e incluso un fallo de comportamiento de todo el sistema.The generating part of a supply network Electrical consists of multiple elements, which in the case improper operation can cause energy losses, damage to other components and even a behavioral failure of The whole system.
Uno de estos elementos es un condensador de acoplamiento en continua que se conecta en paralelo con el inversor generador y el inversor de red, siendo su tarea desacoplar las partes de alta frecuencia y los picos de tensión entre el generador y la red.One of these elements is a capacitor of Continuous coupling that connects in parallel with the inverter generator and network inverter, being your task to decouple the high frequency parts and voltage peaks between the generator and the network
Un comportamiento de fallo de este dispositivo puede causar una pérdida de potencia o daños en otros componentes de la red.A fault behavior of this device may cause loss of power or damage to other components of the net.
Además, en el caso de que el aislamiento de tierra falle, el propio generador puede ser una fuente significante de pérdida de potencia.In addition, in the event that the isolation of ground fails, the generator itself can be a significant source of loss of power.
Ambas situaciones de fallo pueden significar una pérdida de la producción y un posible daño en otros componentes del convertidor lo que puede suponer grandes pérdidas.Both failure situations can mean a loss of production and possible damage to other components of the converter which can lead to large losses.
La Patente americana US 4,562,390 describe un aparato Leonard estático en el que un motor DC es alimentado desde un convertidor de tiristores a través de un circuito interruptor principal y en el que un condensador está conectado entre los buses de salida DC del convertidor de tiristores. Cuando el circuito interruptor principal es desactivado se activa un interruptor de tierra para formar un circuito de descarga a tierra de manera que el condensador DC se descarga a través del motor DC, mientras que durante el periodo de tiempo que el circuito interruptor principal está activado el condensador DC se carga con el voltaje de salida del convertidor de tiristores. Se computa el tiempo de descarga del condensador y en función de esto se mide la resistencia del aislamiento del motor DC.US Patent 4,562,390 describes a static Leonard apparatus in which a DC motor is powered from a thyristor converter through a circuit breaker main and in which a capacitor is connected between buses DC output of the thyristor converter. When the circuit main switch is disabled a switch is activated ground to form a ground discharge circuit so that the DC capacitor is discharged through the DC motor while during the period of time that the main switch circuit the capacitor is activated DC is charged with the output voltage of the thyristor converter. The download time of the capacitor and depending on this the resistance of the DC motor insulation.
Sin embargo esta solución no resulta efectiva a la hora de determinar la existencia de un fallo en el aislamiento de un motor o generador, ya que no se tiene en cuenta el fenómeno "aging", envejecimiento, de los condensadores, por lo que el condensador puede estar funcionando incorrectamente y en consecuencia el tiempo de descarga calculado no es real y da lugar a errores en la medición de la resistencia del aislamiento.However, this solution is not effective at when determining the existence of a fault in the isolation of a motor or generator, since the phenomenon is not taken into account "aging", aging, of the capacitors, so the capacitor may be malfunctioning and in consequently the calculated download time is not real and results in errors in the measurement of insulation resistance.
Por otro lado, esta solución implementa un circuito interruptor principal que debe soportar todo el rango de corriente del motor DC lo que hace que la solución sea cara y ocupe un gran volumen.On the other hand, this solution implements a main switch circuit that must withstand the full range of DC motor current which makes the solution expensive and occupy A large volume.
Con la intención de evitar un comportamiento de fallo y detectar los elementos que pueden causarlo, se han desarrollado unos métodos para verificar el correcto funcionamiento de cada dispositivo y revelar errores potenciales. Para ello se realiza una detección de fallos en el condensador de acoplamiento DC y de fallos de aislamiento en el generador.With the intention of avoiding a behavior of failure and detect the elements that can cause it, have developed some methods to verify the correct functioning of each device and reveal potential errors. To do this performs a fault detection on the DC coupling capacitor and insulation failures in the generator.
En primer lugar, el condensador de acoplamiento DC se carga a tensión nominal (por ejemplo 1050 V), a través de la red inversora.First, the coupling capacitor DC is charged at nominal voltage (for example 1050 V), through the investment network
Posteriormente, se deshabilita el inversor de red y se produce una descarga de la carga del condensador de acoplamiento DC, siendo el tiempo de descarga monitorizado.Subsequently, the inverter is disabled network and a capacitor charge discharge occurs DC coupling, the download time being monitored.
En el caso de que el tiempo de descarga sea menor que el que se tenía al principio de uso, esto significa que el condensador está próximo al final de su ciclo de vida y por lo tanto es conveniente sustituirlo.In case the download time is less than the one at the beginning of use, this means that the capacitor is near the end of its life cycle and therefore It is convenient to replace it.
Para la detección de un fallo en el aislamiento del generador se carga el condensador de acoplamiento a tensión nominal y una vez el condensador de acoplamiento DC está cargado se deshabilita el inversor de red y se conectan los tres transistores de la parte superior del inversor generador.For the detection of a fault in the insulation the voltage coupling capacitor is charged from the generator nominal and once the DC coupling capacitor is charged it disable the network inverter and connect the three transistors from the top of the generator inverter.
En el caso en el que el tiempo de descarga del condensador sea mucho menor que el detectado en la detección de fallo en el condensador, se puede decir que existen corrientes de fuga y que por lo tanto existe un fallo en el aislamiento del generador, por lo cual será conveniente sustituirlo.In the case where the download time of the capacitor is much smaller than the one detected in the detection of capacitor failure, it can be said that there are currents of leakage and therefore there is a fault in the insulation of the generator, so it will be convenient to replace it.
En el caso de que la comparativa no esté bien definida se repetirá el paso anterior pero activando los transistores aguas abajo del condensador y desactivando los que se encuentran aguas arriba en el inversor generador.In case the comparison is not right defined the previous step will be repeated but activating the transistors downstream of the capacitor and deactivating those that found upstream in the generator inverter.
Este método, objeto de la invención, da la oportunidad de reemplazar dispositivos con fallo y optimizar el funcionamiento y la eficiencia del sistema y garantiza la detección de posibles fallos antes de que estos se produzcan, sin necesidad de introducir un nuevo hardware en el sistema, como dispositivos de medición externos.This method, object of the invention, gives the opportunity to replace failed devices and optimize the system operation and efficiency and guarantees detection of possible failures before these occur, without the need for introduce new hardware into the system, such as devices external measurement
La figura 1 muestra un circuito de un convertidor de potencia con un condensador de acoplamiento DC entre el inversor generador y la red inversora, de acuerdo con la presente invención.Figure 1 shows a circuit of a power converter with a DC coupling capacitor between the generator inverter and the inverter network, in accordance with this invention.
La figura 2 muestra un circuito según otra realización del objeto de la invención.Figure 2 shows a circuit according to another realization of the object of the invention.
La figura 3 muestra un circuito según una tercera realización del objeto de la invención.Figure 3 shows a circuit according to a third embodiment of the object of the invention.
La figura 1 muestra la configuración de un generador (1) y un conversor de potencia comprendiendo un inversor generador (2), un condensador de acoplamiento DC (4), un inversor de red (3) y tres fases (5) que se conectan a la red eléctrica.Figure 1 shows the configuration of a generator (1) and a power converter comprising an inverter generator (2), a DC coupling capacitor (4), an inverter of network (3) and three phases (5) that connect to the power grid.
Mediante este circuito, midiendo el tiempo de descarga, t_{descarga}, es decir el tiempo que el condensador tarda en pasar de una tensión nominal a una tensión realmente más baja como por ejemplo un 50% de la tensión nominal, se detecta la existencia de un fallo en el condensador de acoplamiento DC (4) o un fallo del aislamiento del generador (1).Through this circuit, measuring the time of discharge, t_ {discharge}, that is the time that the capacitor it takes to go from a nominal voltage to a really more voltage low as for example 50% of the nominal voltage, the existence of a fault in the DC coupling capacitor (4) or a generator insulation failure (1).
Para ello el método objeto de la invención comprende un primer paso en el que el generador (1) se encuentra en parada, por ejemplo al haberse activado el freno mecánico, se habilita el inversor de red (3) y se carga a tensión nominal el condensador (4) de acoplamiento DC.For this, the method object of the invention it comprises a first step in which the generator (1) is in stop, for example when the mechanical brake has been activated, enables the mains inverter (3) and charges the nominal voltage the DC coupling capacitor (4).
En un segundo paso, una vez el condensador (4) está cargado se deshabilita el inversor de red (3), de manera que el condensador (4) empieza a descargarse. Se mide el tiempo que el condensador tarda en descargarse, t_{descarga1}, y se compara su valor con el tiempo que el condensador tardaba en descargarse al inicio de su ciclo de vida y que se denominará t_{descarga \ consigna}.In a second step, once the condenser (4) The network inverter (3) is disabled, so that the capacitor (4) begins to discharge. The time that the capacitor takes time to discharge, t_ {discharge1}, and compares its value with the time it took for the capacitor to discharge to start of its life cycle and which will be called t_ {download \ setpoint}.
En este punto, en el caso de que el tiempo de descarga medido sea mucho menor que el tiempo de descarga de consigna, puede entenderse que el condensador (4) está próximo al final de su ciclo de vida.At this point, in the event that the time of measured download is much less than the download time of setpoint, it can be understood that the capacitor (4) is close to the End of its life cycle.
Se habilita el inversor de red (3) volviéndose a cargar el condensador (4) de acoplamiento DC a tensión nominal.The network inverter (3) is enabled by returning to charge the DC coupling capacitor (4) at nominal voltage.
A continuación, en un cuarto paso, se vuelve a deshabilitar el inversor de red (3) y se activa al menos uno de los transistores del inversor generador (2) que se encuentran aguas arriba, para a continuación hacer una medición del tiempo de descarga, t_{descarga2}, del condensador de acoplamiento DC.Then, in a fourth step, it goes back to disable the network inverter (3) and at least one of the generator inverter transistors (2) found waters above, to then make a time measurement of discharge, t_ {discharge2}, of the DC coupling capacitor.
El valor de este parámetro, t_{descarga2}, se comparará con el valor obtenido en la primera medición, t_{descarga1}.The value of this parameter, t_ {download2}, is will compare with the value obtained in the first measurement, t_ {download1}.
En un quinto paso se vuelve a habilitar el inversor de red (3) y cargar el condensador (4) de acoplamiento DC a tensión nominal para realizar una nueva medición del tiempo de descarga del condensador.In a fifth step, the mains inverter (3) and charge the DC coupling capacitor (4) to rated voltage to perform a new measurement of the capacitor discharge.
En un último paso, se deshabilita el inversor de red (3) y se activa al menos uno de los transistores, del inversor generador (2) que se encuentran aguas abajo.In a last step, the inverter is disabled network (3) and at least one of the transistors, of the inverter is activated generator (2) that are downstream.
Se procede a la medición del tiempo de descarga del condensador (4) obteniéndose un nuevo parámetro t_{descarga3} que será comparado con el valor de la primera medición realizada sobre el tiempo de descarga, es decir, t_{descarga1}.The discharge time is measured of the capacitor (4) obtaining a new parameter t_ {discharge3} which will be compared with the value of the first measurement made about the download time, that is, t_ {download1}.
El hecho de que cualquiera de los parámetros t_{descarga2} o t_{descarga3} tenga un valor mucho menor que el parámetro t_{descarga1}, determina la existencia de un fallo en el aislamiento del generador (1).The fact that any of the parameters t_ {download2} or t_ {download3} has a much lower value than the parameter t_ {download1}, determines the existence of a fault in the generator insulation (1).
En otra realización se incluye un interruptor (6) conectado entre el terminal negativo del condensador y la conexión a tierra (7), tal y como se muestra en la figura 2, de manera que la tensión del condensador (4) de acoplamiento DC quede bien definida respecto de tierra.In another embodiment a switch is included (6) connected between the negative terminal of the capacitor and the ground connection (7), as shown in figure 2, of so that the voltage of the DC coupling capacitor (4) remains well defined with respect to land.
El método de detección de fallos es prácticamente igual al de la primera realización, variando únicamente en el cuarto paso y no siendo necesarios los últimos dos pasos, el 5º y el 6º: De esta forma, una vez se ha calculado el t_{descarga1'} y se ha cargado el condensador (4) de acoplamiento DC, se deshabilita el inversor de red (3), se cierra el interruptor (6) a tierra y se activa al menos uno de los transistores del inversor generador (2) que se encuentra aguas arriba.The method of fault detection is practically the same as the first embodiment, varying only in the fourth step and not being necessary the last two Steps, 5th and 6th: In this way, once the t_ {discharge1 '} and the coupling capacitor (4) has been charged DC, the network inverter (3) is disabled, the switch is closed (6) to ground and at least one of the transistors of the generator inverter (2) that is upstream.
A continuación se procede a la medición del tiempo de descarga del condensador (4) de acoplamiento DC obteniéndose el parámetro t_{descarga2'} que se comparará con el valor del parámetro t_{descarga1'} para determinar la existencia de fallo en el aislamiento del generador (1).Then proceed to the measurement of discharge time of the DC coupling capacitor (4) obtaining the parameter t_ {download2 '} that will be compared with the value of parameter t_ {download1 '} to determine the existence of generator insulation failure (1).
En una tercera realización, ver figura 3, dicho interruptor (6), en lugar de conectarse al terminal negativo del condensador (4) de acoplamiento DC, se conecta al terminal positivo del condensador (4) de acoplamiento DC. En este caso, el método de detección de fallos en el aislamiento del generador (1), difiere del utilizado en la segunda realización únicamente en la activación de al menos un transistor del inversor generador (2) que se encuentra aguas abajo, en lugar de uno que se encuentre aguas arriba.In a third embodiment, see figure 3, said switch (6), instead of connecting to the negative terminal of the DC coupling capacitor (4), connects to the positive terminal of the DC coupling capacitor (4). In this case, the method of Detection of generator insulation failures (1), differs from used in the second embodiment only in the activation of at least one transistor of the generator inverter (2) that is downstream, instead of one that is upstream.
Por otro lado, en ambas realizaciones se prevé también la incorporación de una resistencia (no representada) conectada en serie al interruptor (6), de manera que el rango de corriente del interruptor (6) no necesite ser muy alto en comparación con el rango de corriente del convertidor.On the other hand, in both embodiments it is foreseen also the incorporation of a resistance (not shown) connected in series to the switch (6), so that the range of switch current (6) does not need to be very high in comparison with the current range of the converter.
Claims (5)
- a) to)
- Estando el generador (1) en parada, deshabilitar el inversor generador (2), habilitar el inversor de red (3) y cargar el condensador (4) de acoplamiento DC.With the generator (1) stopped, disable the generator inverter (2), enable the network inverter (3) and load the DC coupling capacitor (4).
- b) b)
- Deshabilitar el inversor de red (3) y medir el tiempo de descarga del condensador (4) de acoplamiento DC obteniendo un parámetro t_{descarga1} que se comparará con el valor del parámetro t_{descarga \ consigna}, que es el tiempo de descarga al principio del ciclo de vida del condensador.Disable the network inverter (3) and measure the discharge time of the DC coupling capacitor (4) obtaining a parameter t_ {download1} that will be compared with the value of parameter t_ {download \ setpoint}, which is the download time at beginning of the life cycle of the condenser.
- c) C)
- Habilitar el inversor de red (3) y cargar el condensador (4) de acoplamiento DC.Enable the network inverter (3) and charge the DC coupling capacitor (4).
- d) d)
- Deshabilitar el inversor de red (3), activar al menos uno de los transistores aguas abajo del inversor generador (2) y medir el tiempo de descarga del condensador (4) obteniendo el parámetro t_{descarga2} que se comparará con el parámetro t_{descarga1}.Disable the network inverter (3), activate the minus one of the transistors downstream of the generator inverter (2) and measure the discharge time of the condenser (4) obtaining the parameter t_ {download2} that will be compared with the parameter t_ {download1}.
- e) and)
- Habilitar el inversor de red (3) y cargar el condensador (4) DC a tensión nominal.Enable the network inverter (3) and charge the capacitor (4) DC at nominal voltage.
- f) F)
- Deshabilitar el inversor de red (3), activar al menos uno de los transistores aguas arriba del inversor generador (2) y medir el tiempo de descarga del condensador (4) para obtener el parámetro t_{descarga3} y compararlo con el parámetro t_{descarga1}.Disable the network inverter (3), activate the minus one of the upstream transistors of the generator inverter (2) and measure the capacitor discharge time (4) to obtain the parameter t_ {download3} and compare it with the parameter t_ {download1}.
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- a) to)
- Parar el generador (1), deshabilitar el inversor generador (2), habilitar el inversor de red (3) y cargar el condensador (4) de acoplamiento DC.Stop the generator (1), disable the inverter generator (2), enable the network inverter (3) and load the DC coupling capacitor (4).
- b) b)
- Deshabilitar el inversor de red (3) y medir el tiempo de descarga del condensador (4) de acoplamiento DC obteniendo un parámetro t_{descarga1'} que se comparará con el valor del parámetro t_{descarga \ consigna}, que es el tiempo de descarga al principio del ciclo de vida del condensador.Disable the network inverter (3) and measure the discharge time of the DC coupling capacitor (4) obtaining a parameter t_ {download1 '} that will be compared with the value of parameter t_ {download \ setpoint}, which is the download time at beginning of the life cycle of the condenser.
- c) C)
- Habilitar el inversor de red (3) y cargar el condensador (4) de acoplamiento DC.Enable the network inverter (3) and charge the DC coupling capacitor (4).
- d) d)
- Deshabilitar el inversor de red (3), cerrar el interruptor (6) a tierra (7), activar al menos uno de los transistores aguas arriba del inversor generador (2) y medir el tiempo de descarga del condensador (4) de acoplamiento DC obteniendo el parámetro t_{descarga2'} que se comparará con el parámetro t_{descarga1'}.Disable the network inverter (3), close the switch (6) to ground (7), activate at least one of the transistors upstream of the generator inverter (2) and measure the discharge time of the DC coupling capacitor (4) obtaining the parameter t_ {download2 '} that will be compared with the parameter t_ {download1 '}.
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