ES2568618T3

ES2568618T3 - Instalación de energía eólica y procedimiento de funcionamiento de una instalación de energía eólica

Info

Publication number: ES2568618T3
Application number: ES11722837.9T
Authority: ES
Inventors: Jens Fortmann
Original assignee: Senvion GmbH
Current assignee: Senvion GmbH
Priority date: 2010-06-08
Filing date: 2011-06-03
Publication date: 2016-05-03
Anticipated expiration: 2031-06-03
Also published as: US20130241201A1; WO2011154319A3; CN103069680B; CN103069680A; EP2580836A2; DE102010023038A1; WO2011154319A2; EP2580836B1; DK2580836T3; US9035480B2

Abstract

Procedimiento de funcionamiento de una instalación de energía eólica (10) que comprende un transformador (12), en el que se genera energía eléctrica con un generador (11) y se la alimenta a una red eléctrica (15, 17) en varias fases (L1, L2, L3), alimentándose la energía eléctrica con una baja tensión al lado secundario (13) de un transformador (12) y entregándose esta energía en el lado primario (14) del transformador (12) con una tensión más alta, no estando definido el potencial en el lado primario (14) del transformador (12) con respecto al potencial de tierra, cuyo procedimiento comprende los pasos siguientes: a. registro de un valor de medida de la tensión que se aplica entre las fases (L1, L2, L3) del lado primario (14) del transformador (12) y el potencial de tierra; b. comparación del valor de medida con un valor límite prefijado; c. adaptación de la energía eléctrica generada por el generador (11) cuando el valor de medida sobrepasa el valor límite.

Description

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DESCRIPCION

Instalacion de energfa eolica y procedimiento de funcionamiento de una instalacion de energfa eolica.

La invencion concierne a una instalacion de energfa eolica y a un procedimiento de funcionamiento de una instalacion de energfa eolica. La instalacion de energfa eolica comprende un transformador. En el procedimiento se genera energfa electrica con un generador y se la alimenta en varias fases a una red electrica. La energfa electrica se alimenta con una baja tension al lado secundario del transformador. En el lado primario del transformador se entrega la energfa electrica con una tension mas alta. No esta definido el potencial en el lado primario del transformador con respecto al potencial de tierra.

Los generadores de las instalaciones de energfa eolica generan energfa eolica con una baja tension de, por ejemplo, 690 voltios. Con un transformador perteneciente a la instalacion de energfa eolica se lleva la energfa electrica a una media tension de, por ejemplo 10 kV, 20 kV o 30 kV y se la transfiere a una red de media tension. A traves de la red de media tension se conduce la energfa electrica a una central transformadora de un operador de red y se la transforma allf, para el ulterior transporte, en una tension aun mas alta de, por ejemplo, 400 kV (o bien 110 kV, 132 kV, 220 kV, 380 kV). Con el tamano creciente de los parques eolicos y con la ereccion de los parques eolicos en lugares apartados (por ejemplo, parques eolicos marinos), la energfa electrica es transmitida a lo largo de trayectos cada vez mayores en la red de media tension.

En el lado primario del transformador no esta definido el potencial con respecto a tierra. Por tanto, el propio lado primario no esta puesto a tierra o en todo caso lo esta de manera debil o con poco ohmiaje, y un punto de puesta a tierra eventualmente existente en la red de media tension esta tan alejada que, debido a capacidades, inductividades y resistencias de las lmeas, el potencial en el lado primario del transformador puede desviarse del potencial en el punto de tierra. Si se produce ahora un defecto en la red de media tension (por ejemplo, por un cortocircuito a tierra), puede ocurrir entonces que la informacion sobre el defecto no llegue inmediatamente a la instalacion de energfa eolica. La instalacion de energfa eolica seguina entonces alimentando energfa electrica con plena potencia, aun cuando posiblemente la red de media tension no este ya en absoluto en condiciones de entregar nuevamente la energfa electrica al otro lado. En tal caso, sufrinan danos los cables en la red de media tension dentro de un espacio de tiempo muy breve. Las reparaciones en los cables de la red de media tension son complicadas y caras.

Partiendo de este estado de la tecnica, la invencion se basa en el problema de presentar una instalacion de energfa eolica y un procedimiento de funcionamiento de una instalacion de energfa eolica, con los cuales se aminore el riesgo de danos en la red de media tension. El problema se resuelve con las caractensticas de las reivindicaciones independientes. En las reivindicaciones subordinadas se encuentran formas de realizacion ventajosas.

Segun la invencion, en el procedimiento se registra un valor de medida de la tension que se aplica entre el lado primario del transformador y el potencial de tierra. El valor de medida se compara con un valor lfmite prefijado. Se adapta la energfa electrica generada por el generador cuando el valor de medida sobrepasa el valor lfmite. Mediante una medicion de la tension con respecto al potencial de tierra se pueden adquirir informaciones que no pueden obtenerse con una sencilla medicion de la tension entre las fases.

En primer lugar, se explicaran algunos terminos. Se habla de un potencial no definido en el lado primario del transformador cuando la red que allf se conecta no esta en absoluto puesta a tierra (es decir que, por ejemplo, no tiene ningun punto neutro) o el punto de puesta a tierra esta tan alejado que se puede ajustar en el lado primario del transformador un potencial distinto del potencial presente en el punto de puesta a tierra. Particularmente en parques eolicos marinos los puntos de puesta a tierra estan casi siempre sobre las plataformas transformadoras, ya que estas no pueden colocarse espacialmente en las instalaciones de energfa eolica. Ademas, en parques eolicos marinos las lmeas de conexion electrica con la plataforma de la central transformadora son muy largas, de modo que no esta definido el potencial en el lado primario del transformador. En el caso normal, la tension del sistema de secuencia cero en la red de media tension es cero y, por tanto, puede hablarse especialmente de un potencial no definido cuando la resistencia electrica de la conexion electrica esta el punto de puesta a tierra es tan grande que, al producirse un defecto en la red de media tension, especialmente una brusca disminucion de la tension, se puede ajustar en el lado primario del transformador una tension del sistema de secuencia cero distinta de cero.

La invencion se explica con el ejemplo consistente en que se conecta una red de media tension al lado primario del transformador. En el lado secundario del transformador esta conectada la instalacion de energfa eolica a un nivel de tension mas bajo en comparacion con el lado primario. El empleo del termino red de media tension sirve para fines de claridad. No esta ligada a este una limitacion de la invencion a un rango de tension determinado.

El nucleo de la invencion consiste en medir en el lado primario del transformador la tension con respecto al potencial de tierra y deducir de un desplazamiento del potencial ciertas conclusiones para el funcionamiento adicional de la instalacion de energfa eolica. La invencion se basa en el conocimiento de que en una red de tension existen defectos que no se manifiestan en primer lugar en que se modifica la tension entre las fases, sino en que el potencial de las fases se desplaza con respecto a un tercer punto. Mediante una sencilla medicion de la tension entre las

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fases no se reconocen tales defectos o bien no se les reconoce a su debido tiempo.

Con la invencion se propone medir en el lado primario del transformador la tension con respecto a un tercer punto, concretamente el potencial de tierra. Los defectos correspondientes pueden as^ reconocerse mas rapidamente y la alimentacion de potencia de la instalacion de energfa eolica puede ser tempranamente adaptada. Mediante una reaccion rapida se puede evitar que los cables de la red de media tension se sobrecarguen por una alimentacion de potencia excesiva y sufran asf danos. Las medidas concretas que se toman en la instalacion de energfa eolica para adaptar la entrega de potencia pueden - como se explica con detalle mas adelante - variar segun las circunstancias.

Comparado con la medida clasica consistente en prever simplemente un formador de punto neutro en el lado primario del transformador para establecer un potencial definido con respecto a tierra, se han reducido considerablemente los costes. Para la invencion se tiene que realizar unicamente una medicion de tension adicional en el lado primario del transformador y se tiene que adaptar el sistema de control de la instalacion de energfa eolica de modo que este reaccione de una manera determinada al sobrepasarse valores lfmite determinados. En contraste con esto, los componentes de media tension necesarios para un punto separado de puesta a tierra exigen en grado considerable un espacio de montaje adicional en la instalacion de energfa eolica que no esta disponible, especialmente en instalaciones de energfa eolica marinas.

La energfa electrica generada por la instalacion de energfa eolica se alimenta normalmente en forma de un sistema de corriente trifasica con tres fases. Una forma de representacion para tal sistema de corriente trifasica es, como es sabido, el desglose en sistema de secuencia positiva, sistema de secuencia negativa y sistema de secuencia cero; vease, por ejemplo, P. Kundur “Power Systems Stability and Control” (McGraw-Hill, 1994, Capftulo 13.4. Cuando las fases del sistema de corriente trifasica incluyen el angulo de fase de, en este caso, 120° y estan cargadas con la misma tension, no se aplica tension alguna al sistema de secuencia cero. Sin embargo, si - por ejemplo, a consecuencia de un cortocircuito a tierra en una fase - se presenta un estado de carga asimetrico, la tension en el sistema de secuencia cero adopta entonces un valor distinto de cero. El valor lfmite que se estable en el marco del procedimiento segun la invencion es preferiblemente un valor lfmite para la tension en el sistema de secuencia cero. Cuando la tension en el sistema de secuencia cero sobrepasa un valor lfmite prefijado, se adapta la entrega de potencia de la instalacion de energfa eolica.

Por sistema de secuencia cero o tension de sistema de secuencia cero se entiende el valor del potencial actual de las tres tensiones de fase en relacion con el potencial de tierra, es decir, la proporcion identica con la que la oscilacion de una o varias fases se desvfa de su eje cero. La via matematica para calcular la tension del sistema de secuencia cero carece de importancia. La tension del sistema de secuencia cero puede obtenerse por adicion de los valores momentaneos de las distintas tensiones de fase o bien por la transformacion - descrita en la bibliograffa - de los fasores de las tensiones de fase por medio de matrices de transformacion complejas en un fasor del sistema de secuencia cero.

Por valor lfmite de la tension del sistema de secuencia cero se pueden entender, segun la forma de representacion, diferentes valores lfmite. El valor lfmite puede concernir a la magnitud o la longitud del fasor complejo del sistema de secuencia cero. Como alternativa, un valor lfmite puede estar pensado para la suma de las tensiones momentaneas de las fases con respecto al potencial de tierra. Asimismo, es posible que el valor lfmite concierna a una sobretension asimetrica unilateral de la amplitud de tension maxima de una fase en el marco de un periodo de tension alterna. La invencion se explica aqu con ayuda de una definicion relativa de un valor lfmite respecto del valor normal de la tension. La transformacion en las respectivas formas de representacion diferentes puede tomarse de la bibliograffa pertinente. Siempre que se hable de un valor lfmite con respecto a un sistema de secuencia cero, se piensa cada vez en todas las formas de representacion.

El valor de medida en el lado primario del transformador se registra preferiblemente de modo que se pueda deducir de el la tension en el sistema de secuencia cero. Si en el lado primario del transformador esta previsto un punto neutro entre las fases del sistema de corriente trifasica que no esta puesto a tierra, la tension del sistema de secuencia cero corresponde entonces a la tension entre el punto neutro y el potencial de tierra. Por tanto, en este caso se puede medir directamente la tension del sistema de secuencia cero. Por consiguiente, puede estar previsto tambien formar por medio de resistencias de alto ohmiaje un punto neutro artificial entre las fases y calcular la tension en el sistema de secuencia cero mediante una medicion de la tension entre el punto neutro artificial y el potencial de tierra. Como alternativa, se puede medir tambien la tension con respecto al potencial de tierra para todas las fases del sistema de corriente trifasica. Se obtiene entonces la tension en el sistema de secuencia cero sumando los valores momentaneos de las tres tensiones de fase y dividiendo el resultado por el numero de fases.

Un primer valor lfmite para la tension en el sistema de secuencia cero puede estar fijado de modo que se abandone el funcionamiento normal de la instalacion de energfa eolica al sobrepasarse este valor lfmite. Este valor lfmite para la tension en el sistema de secuencia cero puede estar comprendido, por ejemplo, entre 1% y 5% de la tension nominal. Si se calcula el valor lfmite con ayuda de la tension entre las fases y el potencial de tierra, el primer valor lfmite puede estar entonces definido, por ejemplo, de modo que la tension en una primera fase sea un 105% de la tension nominal, mientras que no se sobrepasa la tension nominal en una segunda fase. Cuando la tension

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sobrepasa este primer valor Ifmite, se abandona ciertamente el funcionamiento normal, pero, no obstante, durante un espacio de tiempo limitado se puede mantener en funcionamiento la instalacion de energfa eolica.

Cuando en la red de media tension se presenta un defecto en una fase del sistema de corriente trifasica y resulta por ello una tension en el sistema de secuencia cero, esto tiene entonces la consecuencia de que la tension en las dos fases restantes sube y baja con la frecuencia del sistema de corriente trifasica. Por tanto, se sobrepasa periodicamente la carga admisible de las otras dos fases. Ya despues de un corto tiempo de funcionamiento en tal estado de funcionamiento pueden sufrir danos los cables de la red de media tension. La tension en el sistema de secuencia cero no puede ser influenciada directamente por medidas en el generador de la instalacion de energfa eolica. Sin embargo, es posible reducir en conjunto la amplitud de la tension. En la red de media tension esto tiene la consecuencia de que se evitan puntas de tension y por ello disminuye la carga para los cables. Por tanto, en una forma de realizacion del procedimiento segun la invencion la adaptacion de la energfa electrica generada por el generador consiste en que se aminora la amplitud de la tension despues de sobrepasarse un primer valor lfmite. Preferiblemente, se adapta para ello la alimentacion de potencia reactiva de una manera adecuada y en particular se alimenta corriente reactiva inductiva en medida incrementada. Ademas, se puede aminorar la alimentacion de corriente activa para aminorar aun mas la carga para los cables.

La adaptacion de la energfa electrica generada por el generador puede orientarse al sistema de secuencia positiva o al sistema de secuencia negativa. Si se debe reducir simetricamente la carga para todas las fases del sistema de corriente trifasica, se puede alimentar una corriente reactiva inductiva en el sistema de secuencia positiva para que actue reduciendo la tension. Si, adicionalmente o en lugar de esto, se deben compensar divergencias del angulo de fase, se pueden adoptar medidas adecuadas en el sistema de secuencia negativa. En particular, se puede alimentar una corriente reactiva inductiva en el sistema de secuencia negativa. Las medidas a tomar concretamente pueden ser concertadas con el operador de la red.

El lugar de un valor lfmite que se refiera a la tension en el sistema de secuencia cero, se puede fijar tambien un valor lfmite para la tension de fase como valor calculado a partir de la tension del sistema de secuencia positiva, la tension del sistema de secuencia negativa y la tension del sistema de secuencia cero. Como primer valor lfmite para el funcionamiento normal, por encima del cual se adapta la energfa electrica generada por el generador, se puede aplicar, por ejemplo, un valor de 105% de la tension nominal.

Como alternativa o adicionalmente al primer valor lfmite, se puede establecer en el procedimiento segun la invencion un segundo valor lfmite tras la superacion del cual la instalacion de la energfa eolica no puede ya seguir funcionando ni siquiera durante un corto espacio de tiempo. Si el segundo valor lfmite se refiere a la tension en el sistema de secuencia cero, se puede suponer, por ejemplo, un valor comprendido entre el 10% y el 20% de la tension nominal. Si el segundo valor lfmite se refiere a la tension entre las fases y el potencial de tierra, se puede suponer entonces como segundo valor lfmite, por ejemplo, un valor de 110%, 120% o l3o% de la tension nominal en una primera fase, mientras que no se sobrepasa la tension nominal en otra fase.

Una desconexion normal de la instalacion de energfa eolica se prolonga durante un cierto espacio de tiempo. En determinadas circunstancias, la energfa electrica todavfa alimentada por la instalacion de energfa eolica en el transcurso de la desconexion puede ser suficiente para danar los cables en la red de media tension. Por tanto, puede estar previsto de que, despues de la superacion del segundo valor lfmite, se realice una desconexion rapida. En la desconexion rapida pueden ponerse a cero en un primer paso los valores teoricos para la corriente activa y la corriente reactiva. En un segundo paso se puede abrir un interruptor seccionador que separa la instalacion de energfa eolica respecto de la red. Con estas medidas resulta posible en la desconexion rapida el reducir a cero la entrega de potencia dentro de menos de 60 ms, preferiblemente menos de 30 ms. La entrega de potencia es llevada asf a cero de una manera netamente mas rapida que la velocidad que era posible hasta ahora con una simple apertura del interruptor seccionador, que dura unos 100 ms. Esto es posible debido a que con la tecnica del convertidor de frecuencia se puede suprimir la entrega de potencia. No obstante, se acepta como contrapartida una aceleracion del rotor.

En otra forma de realizacion se puede reducir activamente la tension en la red despues de la superacion del segundo valor lfmite. A este fin, la instalacion de energfa eolica puede extraer potencia de la red, ya que el convertidor de frecuencia (o bien el generador en el caso de una maquina asmcrona doblemente alimentada) absorbe potencia. La potencia puede ser consumida, por ejemplo, por conexion de una resistencia en el circuito intermedio y/o por una entrega de potencia de corta duracion hacia el rotor.

Con la superacion del primer valor lfmite la instalacion de energfa eolica abandona el funcionamiento normal. Puede permanecer en funcionamiento en este estado de funcionamiento solamente durante un limitado espacio de tiempo, sin que sufra danos la infraestructura de la red. Cuando la instalacion de energfa eolica se mantiene fuera del funcionamiento normal durante mas tiempo que este espacio de tiempo limitado, se puede considerar entonces esto como una superacion de un segundo valor lfmite. La superacion del segundo valor lfmite asf definido puede aprovecharse para desconectar la instalacion de energfa eolica. En lugar de un unico segundo valor lfmite puede estar archivada tambien una curva caractenstica en la que este establecido para diferentes estados (por ejemplo,

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tensiones en el sistema de secuencia cero) el espacio del tiempo durante el cual estos deben ser admitidos. Si se sobrepasa la curva caractenstica, se puede proceder exactamente igual que al sobrepasarse el segundo valor lfmite.

En el caso de un defecto al cual reacciona la instalacion de energfa eolica con el procedimiento segun la invencion, se abre regularmente el interruptor seccionador en la central transformadora despues de un breve tiempo y la red de media tension es separada de la red restante. Particularmente cuando la instalacion de energfa eolica segun la invencion alimenta en alto grado corriente reactiva inductiva, la apertura del interruptor seccionador se manifiesta por una variacion brusca de la tension. La aparicion de tal variacion brusca de la tension puede aprovecharse por ello como criterio para desconectar la instalacion de energfa eolica. Si, por el contrario, no se presenta una variacion brusca de la tension dentro de un espacio de tiempo prefijado despues de la aparicion del defecto, esto indica que no se ha abierto el interruptor seccionador y, por tanto, se desea una alimentacion de potencia adicional de la instalacion de energfa eolica. En consecuencia, la ausencia de la variacion brusca de la tension puede tomarse como criterio para no desconectar la instalacion de energfa eolica. La prosecucion del funcionamiento de la instalacion de energfa eolica puede hacerse depender asf de si se presenta una variacion brusca de la tension. Cuando permanece en funcionamiento la instalacion de energfa eolica, se la lleva preferiblemente a un estado que puede conservarse de manera permanente a pesar del defecto que siga existiendo. Este estado puede consistir, por ejemplo, en que se entrega la energfa electrica del modo mas completo posible a las fases no perturbadas y se adapta la alimentacion de potencia reactiva a valores lfmite que estan previstos para un funcionamiento permanente.

Los valores de medida sobre la tension con respecto al potencial de tierra, registrados en el lado primario del transformador, pueden ser procesados inmediatamente en el convertidor de frecuencia. La ventaja es un tiempo de reaccion corto. Como alternativa, los valores de medida pueden ser procesados tambien primeramente en un sistema de control de la instalacion de energfa eolica que emite seguidamente senales hacia el convertidor de frecuencia. Es cierto que se alarga asf ligeramente el tiempo de reaccion, pero, en cambio, son posibles reacciones mas complejas.

El valor de medida en el lado primario del transformador puede ser registrado continuamente o puede ser explorado con una frecuencia adecuada. Para excluir perturbaciones de alta frecuencia se puede emplear en la tension calculada del sistema de secuencia cero un filtrado pasabajos con una frecuencia lfmite de, por ejemplo, 20 Hz.

En una forma de realizacion alternativa del procedimiento segun la invencion el valor de medida registrado en el lado primario del transformador es tenido en cuenta no solo en una instalacion de energfa eolica, sino en varias de estas instalaciones, para adaptar la energfa electrica generada por el generador. Puede estar previsto para ello que una instalacion de energfa eolica retransmita una senal a otras instalaciones de energfa eolica tan pronto como el valor de medida registrado en el lado primario del transformador ha sobrepasado un valor lfmite. En una forma de realizacion ventajosa esta instalacion de energfa eolica esta bastante alejada de un punto de puesta a tierra en el que esta puesta a tierra la red de media tension y, por tanto, tiene un potencial definido en comparacion con el potencial de tierra. Cuanto mas alejada este una instalacion de energfa eolica respecto del punto de puesta a tierra, tanto mas habra que contar con tensiones en el sistema de secuencia cero. En lugar de una retransmision directa entre las instalacion de energfa eolica, se puede retransmitir el valor de medida a un sistema de control central (gestor de parque) del parque eolico, y se le puede procesar allf. El gesto del parque puede establecer entonces especificaciones para cada instalacion de energfa eolica referentes a la forma en que estas deberan adaptar la entrega de potencia despues del reconocimiento de un defecto.

La invencion concierne, ademas, a una instalacion de energfa eolica que esta disenada para la realizacion del procedimiento segun la invencion. La instalacion de energfa eolica comprende un generador para generar energfa electrica y un transformador. El transformador recibe en un lado secundario energfa electrica procedente del generador y entrega esta nuevamente en un lado primario con una tension mas alta, no estando definido el potencial en el lado primario del transformador. Con un sensor se registra un valor de medida de la tension que se aplica entre el lado primario del transformador y el potencial de tierra. Un modulo logico compara el valor de medida con un valor lfmite prefijado. Con un sistema de control se adapta la energfa electrica generada por el generador cuando el valor medida sobrepasa el valor lfmite.

La instalacion de energfa eolica segun la invencion puede combinarse con otras caractensticas que se han descrito anteriormente con respecto al procedimiento segun la invencion.

A continuacion, se describe la invencion a modo de ejemplo haciendo referencia a los dibujos adjuntos y ayudandose de formas de realizacion ventajosas. Muestran:

La figura 1, una representacion esquematica de un parque eolico;

La figura 2, una representacion esquematica de una red de media tension;

La figura 3, la vista de la figura 2 en otra forma de realizacion de la invencion;

La figura 4, una representacion esquematica de una instalacion de energfa eolica que esta disenada para realizar el

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procedimiento segun la invencion;

Las figuras 5 y 6, una representacion esquematica de la evolucion de la tension en las tres fases en un sistema de corriente trifasica;

La figura 7, una representacion esquematica de un parque eolico marino; y La figura 8, la vista de la figura 2 en otra forma de realizacion de la invencion.

Un parque eolico mostrado en la figura 1 comprende tres instalaciones de energfa eolica 10 que generan energfa electrica con un generador 11 y alimentan esta a una red. El generador 11 entrega la energfa electrica como corriente trifasica con una tension de, por ejemplo, 690 V. La instalacion de energfa eolica 10 comprende un transformador 12 que transforma la energfa electrica alimentada por el generador 11 en una tension mas alta, por ejemplo en una media tension de 10 kV. El transformador 12 obtiene en un lado secundario 13 energfa electrica procedente de la instalacion de energfa eolica 10 y entrega esta por un lado primario 14 a una red de media tension 15 del parque eolico. El parque eolico comprende tambien una central transformadora 16 en la que la energfa electrica, antes de ser transferida a una red de distribucion electrica publica 17, es transformada en una tension aun mas alta, por ejemplo una tension muy alta de 400 kV.

El transformador 12 de la instalacion de energfa eolica 10 es, como se muestra en la figura 2, un transformador en conexion estrella-triangulo, en el que el punto neutro esta puesto a tierra en el lado secundario 13, mientras que el lado primario 14 no tiene un potencial definido con respecto a tierra. Un punto neutro 17 puesto a tierra existe solamente en el otro extremo de la red de media tension 15, concretamente en la central transformadora 16. En la invencion puede tratarse de una puesta a tierra compensada en la que el punto neutro esta puesto a tierra a traves de una reactancia ajustable. Con una puesta a tierra compensada se pretende regular a cero la corriente en el punto de defecto de modo que se pueda proseguir el funcionamiento a pesar de un defecto. Es posible tambien una puesta a tierra de bajo ohmiaje o limitada en corriente con una reactancia de, por ejemplo, 20 ohm a 30 ohm. Finalmente, es posible tambien una puesta a tierra dura con una resistencia de menos de 1 ohm.

La red de media tension 15 puede tener una extension considerable, especialmente en el caso de parques eolicos grandes. Debido a las capacidades, inductividades y resistencias de los cables de la red de media tension 15 el potencial en el lado primario del transformador 12 no coincide forzosamente con el potencial del punto neutro 18 en el otro extremo de la red de media tension 15. Por tanto, en el lado primario 14 del transformador 12 no esta definido el potencial en el sentido de la invencion. Si se produce ahora un defecto en la red de media tension 15, por ejemplo en forma de un cortocircuito a tierra monofasico, se puede modificar entonces el potencial con respecto a tierra en el lado primario 14 del transformador 12, sin que esto llame inmediatamente la atencion en el caso de una medicion de la tension entre las fases.

En la figura 5 se representa a modo de ejemplo y en forma esquematica la evolucion de la tension en el lado primario 14 del transformador 12 en las tres fases l1, L2, L3 de la red de media tension 15 con respecto al potencial de tierra. En el espacio de tiempo entre 0 segundos y 1 segundo la red de media tension 15 se encuentra en su estado normal. En las tres fases L1, L2, L3 se aplica una tension alterna, estando las curvas de tension siempre decaladas en 120° una con respecto a otra. Las tensiones momentaneas se suman en todo momento dando cero, con lo que no se aplica tension en el sistema de secuencia cero. La amplitud de las tensiones U asciende precisamente al 100% de la tension Unormal, la cual no debe sobrepasarse durante el funcionamiento normal.

Despues de 1 segundo, se presenta en la fase L2 un defecto a consecuencia del cual la tension en la fase L2 disminuye bruscamente hasta un valor del 80% de la tension Unormal (referido al potencial de tierra). El cortocircuito a tierra conduce a que los valores momentaneos de las tensiones ya no se sumen dando cero y a que por ello se aplique una tension en el sistema de secuencia cero. En las fases L1 y L3 aumenta rapidamente la tension con respecto al potencial de tierra despues de la aparicion del defecto.

Si se midiera solamente la tension entre las fases, el fuerte aumento de la tension no llamana inmediatamente la atencion. Aun cuando se consideren los valores de tension en el lado secundario 13 del transformador 12, no se percibe inmediatamente el defecto. Esto rige incluso aunque en el lado secundario 13 del transformador 12 este previsto un punto neutro puesto a tierra, dado que el sistema de secuencia cero no se transmite a traves del transformador 12.

Sin el procedimiento segun la invencion, la amplitud de tension en las otras dos fases L1 y L3, como se muestra con lmea de trazos en la figura 5, aumentana hasta un valor de, por ejemplo, 125% (referido al potencial de tierra). Si se puede despejar el defecto en el instante t=5s, la tension en la fase L2 retorna de nuevo al valor original del 100% y la tension en las fases L1 y L3 oscilana tambien nuevamente en el rango normal despues de una corta fase de estabilizacion. Debido a la alta tension en las fases L1 y L3 existe el peligro de que sufran danos los cables disenados para tension normal.

Con el procedimiento segun la invencion se aminora la carga para los cables de las fases L1 y L3. Cuando la tension

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U en las fases L1 y L3 con respecto al potencial de tierra se hace superior al 110% de la tension Unormai, esto se valora como superacion del primer valor Kmite y se adapta la entrega de potencia de una manera correspondiente. La instalacion de ene^a eolica alimenta corriente reactiva inductiva a las fases L1 y L3 y disminuye la tension en las fases hasta aproximadamente un 105%, tal como muestra en la figura 5 la lmea identificada con puntos. La tension esta situada asf en un rango que pueden aguantar los cables. Para reducir aun mas la carga para los cables se puede aminorar adicionalmente la alimentacion de corriente activa. Despues de la finalizacion del defecto en t=5s se retorna nuevamente a la entrega de potencia normal, con lo que finalmente se aplica de nuevo tension normal en todas las fases.

En el segundo ejemplo de ilustracion esquematico de la figura 6 se presenta despues de 0,5 segundos en la fase L2 un cortocircuito a tierra en la red de media tension 15 entre la instalacion de energfa eolica 10 y la central transformadora 16. En el lugar de ubicacion del cortocircuito a tierra, que esta situado en las inmediaciones de la central transformadora 16, la resistencia electrica entre la fase L2 y el potencial de tierra es casi cero, de modo que la tension de la fase L2 en este sitio disminuye tambien bruscamente hasta un valor de casi cero. Sin embargo, debido a la distancia al cortocircuito a tierra la tension en el lado primario 14 del transformador 12 no se desploma completamente, sino que adopta un valor de, por ejemplo, el 50% de la tension normal. Como consecuencia, aumenta la tension en las fases L1 y L3. Con el procedimiento segun la invencion se reconoce despues de un breve tiempo que la tension en las fases L1 y L3 sobrepasa el primer valor lfmite de 110% y se intenta limitar la tension alimentando corriente reactiva inductiva. Se logra tambien limitar de momento el aumento de tension; vease la lmea identificada con puntos en la figura 6.

Sin embargo, en fracciones de segundo despues de la aparicion del defecto se detecta en la central transformadora 16 que el defecto es muy serio. Seguidamente, se maniobra en la central transformadora 16 un interruptor seccionador que separa la red de media tension 15 respecto de la central transformadora 16. Dado que ahora en las fases L1 y l3 ya no se puede descargar potencia en la red, sino que solamente se alimenta todavfa potencia al cortocircuito, sigue aumentando la tension en las fases L1 y L3 a pesar de las contramedidas segun la invencion. En el instante t=0,8s, la tension en las fases L1 y L3 sobrepasa el segundo valor lfmite de 130%. Despues de la superacion del segundo valor lfmite se efectua una desconexion rapida de la instalacion de energfa eolica 10 con la que la entrega de potencia es devuelta a cero en 60 ms.

Sin el procedimiento segun la invencion, la tension en las fases L1 y L3 aumentana rapidamente despues de la aparicion del defecto hasta un valor de, por ejemplo, 140%. Unicamente despues de una actuacion externa, que interviene aqrn en el instante t=2s, se reducina la entrega de potencia de la instalacion de energfa eolica 10. Hasta entonces, pueden haberse danado ya los cables.

La apertura del interruptor seccionador en la central transformadora va acompanada regularmente de una variacion brusca de la tension en las fases L1 y L3 no perturbadas. Esta variacion brusca de la tension puede aprovecharse como criterio adicional para una desconexion inmediata de la instalacion de energfa eolica.

Ademas, con el procedimiento segun la invencion resulta posible que las instalaciones de energfa eolica sigan funcionando tambien a mas largo plazo con una red asimetricamente perturbada. Esto es interesante especialmente cuando el defecto en la red de media tension no puede eliminarse a corto plazo, lo que podna ocurrir ocasionalmente, por ejemplo, en parques eolicos marinos. En el caso mas sencillo, se puede enviar por medio de una lmea de accion a distancia una senal a la instalacion de energfa eolica para que esta siga funcionando, de modo que la instalacion de energfa eolica acoja un funcionamiento permanente teniendo en cuenta los valores lfmite primero y segundo y/u otros valores lfmites especialmente establecidos para el funcionamiento permanente. La potencia es entonces alimentada de manera preponderante o exclusiva a las fases no perturbadas y se tolera una tension del sistema de secuencia cero por la instalacion de energfa eolica.

Tal como se representa, la apertura del interruptor seccionador va ligada a una variacion brusca de la tension en las fases no perturbadas. Por el contrario, la ausencia de esta variacion brusca de la tension indica que la red de media tension sigue estando conectada a la central transformadora. Por este motivo, la ausencia de una variacion brusca de la tension puede aprovecharse, segun se expone seguidamente, como criterio para un funcionamiento adicional de la instalacion de energfa eolica. Segun se ha descrito con ayuda de las figuras 5 y 6, la instalacion de energfa eolica reacciona al presentarse una tension del sistema de secuencia cero con el procedimiento segun la invencion para reducir la tension del sistema de secuencia cero. Se espera ahora que se abra el interruptor seccionador despues de un tiempo prefijado determinado en funcion de la profundidad de la brusca disminucion de la tension para separar el sitio defectuoso respecto de la red. En el caso de una alimentacion de corriente reactiva inductiva, la instalacion de energfa eolica reconoce esto en un salto de tension en las fases no perturbadas, por ejemplo en forma de una disminucion brusca de la tension. Si este salto de tension desaparece dentro de un tiempo prefijable, es evidente entonces que no se desea ninguna separacion con respecto a la red de media tension y la instalacion de energfa eolica asume un funcionamiento permanente en la red asimetrica. Se ajusta para ello la instalacion de energfa eolica de modo que se mantengan los valores lfmite para el funcionamiento permanente. Por ejemplo, se puede aumentar de nuevo la alimentacion de corriente activa reducida y se puede adaptar la alimentacion de

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10

15

20

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40

45

50

55

corriente reactiva a los valores Ifmite para el funcionamiento permanente.

Para la realizacion del procedimiento segun la invencion se ha previsto en cada instalacion de ene^a eolica 10 un sensor 19 para la tension en el lado primario 14 del transformador 12. El sensor 19 tiene una resistencia tal alta que no influye sobre el potencial en el lado primario 14. El sensor 19 toma la tension de las tres fases L1, L2, L3 con respecto al potencial de tierra en las proximidades del transformador 12. Los valores de medida del sensor 19 se alimentan segun la figura 4 al sistema de control 20 de la instalacion de energfa eolica 10. En un modulo de calculo 21 se calcula continuamente la tension Uo del sistema de secuencia cero a partir de los valores momentaneos de la tension en las fases L1, L2, L3. En tanto - como en la figura 5 antes de la aparicion del defecto - sea igual la amplitud de las tensiones y se mantenga el angulo de fase de 120°, no existe ninguna tension en el sistema de secuencia cero. Despues de la aparicion del defecto, ya no se anulan las tensiones en la suma y la tension en el sistema de secuencia cero adopta un valor distinto de cero.

Un modulo logico 22 en el sistema de control 20 compara continuamente la tension U0 en el sistema de secuencia cero, determinada por el modulo de calculo 21, con un primer valor lfmite prefijado y realiza asf una comparacion entre un valor de medida registrado en el lado primario 14 del transformador 12 y un valor lfmite. Se sobrepasa este valor lfmite cuando la tension en el sistema de secuencia cero es superior a un 5% de la tension nominal. Por consiguiente, en tanto la tension en el sistema de secuencia cero sea inferior al 5% de la tension nominal, se parte de la consideracion de que la red de media tension 15 se encuentra en el estado de funcionamiento normal.

Cuando se ha sobrepasado el primer valor lfmite, el sistema de control 20 da una orden al convertidor de frecuencia 23 de la instalacion de energfa eolica para que adapte la entrega de energfa electrica de modo que se reduzca la carga para la red de media tension 15. La orden concreta puede consistir, por ejemplo, en alimentar corriente reactiva inductiva en grado reforzado. En particular, en el caso de un defecto asimetrico, se da la orden de alimentar corriente reactiva inductiva en el sistema de secuencia negativa. Se pueden concertar con el operador de la red las reacciones que deben desarrollarse en cada caso particular. Con la alimentacion de corriente reactiva se adapta la energfa electrica generada por el generador 11. Mediante la corriente reactiva inductiva se reduce en conjunto el nivel de tension, lo que en el ejemplo de la figura 5 conducina a que en las fases L1 y L3 la tension no sea de 125%, sino, por ejemplo, de 105% de la tension normal Unormal. Los cables de las fases L1 y L3 pueden aguantar un valor de tension de 105% sin sufrir danos.

En la figura 5 se representa el caso en el que se ha subsanado el defecto en la fase L2 en el instante t=5s. Cuando se logra con el procedimiento segun la invencion mantener la tension en la red de media tension dentro de lfmites determinados, se puede proseguir el funcionamiento sin menoscabo alguno despues de la finalizacion del defecto. En otros casos (vease la figura 6) ocurre que no es posible una subsanacion rapida del defecto, sino que, por el contrario, se abre un interruptor seccionador en la central transformadora 16 y asf la red de media tension 15 es separada de la red restante. Cuando la instalacion de energfa eolica 10 sigue alimentando su plena potencia a pesar del seccionamiento y esto sea solamente durante un corto espacio de tiempo, ello puede conducir entonces a que sufran danos los cables de la red de media tension 15.

La informacion referente a que se ha separado la red de media tension 15 en la central transformadora 16 no puede leerse tampoco directamente en el lado primario 14 del transformador 12 cuando se mide solamente la tension entre las fases L1, L2, L3. En este contexto, la tension en el sistema de secuencia cero tiene tambien mayor fuerza expresiva. Cuando esta separada la red de media tension 15 en la central transformadora 16 y las instalaciones de energfa eolica 10 siguen alimentando su plena potencia, aumenta rapidamente la tension en el sistema de secuencia cero. Puede intentarse de momento disminuir en general el nivel de tension por la alimentacion de corriente reactiva inductiva en el sistema de secuencia positiva y esperar que se cierre de nuevo inmediatamente el interruptor en la central transformadora 16. Sin embargo, si la red de media tension 15 permanece separada de la central transformadora 16, la tension en el sistema de secuencia cero sobrepasa entonces tambien por breve tiempo un segundo valor lfmite despues de que se haya sobrepasado el primer valor lfmite. Tras la superacion del segundo valor lfmite ya no es posible tampoco un funcionamiento adicional a corto plazo. Como segundo valor lfmite puede fijarse, por ejemplo, una tension en el sistema de secuencia cero del 50% de la tension nominal.

Si el modulo logico 22 del sistema de control 20 detecta que se ha sobrepasado el segundo valor lfmite, el sistema de control 20 retransmite entonces una orden de desconexion a la instalacion de energfa eolica. Despues de la orden de desconexion la instalacion de energfa eolica 10 realiza una desconexion rapida. A este fin, se fijan primero en cero los valores teoricos para la corriente activa y la corriente reactiva. Unicamente despues se abre un interruptor seccionador que separa la instalacion de energfa eolica 10 respecto de la red. Resulta asf posible reducir ya a cero la entrega de potencia dentro de 20 ms a 60 ms despues de la recepcion de la orden de desconexion. Esto es netamente mas rapido que la velocidad que se ha podido conseguir hasta ahora mediante una simple apertura de un interruptor seccionador. En caso necesario, se puede extraer potencia de la red durante la desconexion rapida para descargar adicionalmente la red. La potencia puede ser consumida a traves de una resistencia que puede conectarse, por ejemplo, en el circuito intermedio del convertidor de frecuencia. Es posible tambien una entrega de potencia de corta duracion hacia el rotor.

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45

Aun cuando, despues de abandonar el funcionamiento normal, la tension en el sistema de secuencia cero no aumente tanto que resulte necesaria una desconexion inmediata de la instalacion de energfa eolica 10, no se puede conservar el funcionamiento de manera ilimitada. Cuanto mas se aproxime la tension en el sistema de secuencia cero al segundo valor lfmite, tanto menos tiempo puede conservarse el funcionamiento. En el sistema de control 20 de la instalacion de energfa eolica 10 puede estar archivada una curva caractenstica que esta reproducida como extracto en la tabla siguiente. Si la tension Uo en el sistema de secuencia cero sobrepasa la fraccion de la tension nominal Unom reproducida en la columna 1, se puede conservar entonces el funcionamiento para el espacio de tiempo T indicado en la columna 2. Si la tension Uo en el sistema de secuencia cero no disminuye nuevamente dentro del espacio de tiempo T, se tiene que desconectar la instalacion de energfa eolica 10. Por tanto, con la superacion de la curva caractenstica se sobrepasa tambien un segundo valor lfmite.

U0/Unom: T

5%: ilimitado

10%: 30 s

20%: 10 s

40%: 2 s

50%: 0 s

En la forma de realizacion mostrada en la figura 2 el lado primario 14 del transformador 12 esta conectado en triangulo. Por tanto, no existe un punto neutro en el que pudiera leerse directamente la tension del sistema de secuencia cero. Por este motivo, la medicion de tension con el sensor 19 se realiza fuera del transformador 12, pero tan cerca del transformador 12 que sea posible sacar conclusiones directas sobre la tension en el lado primario 14. En otra forma de realizacion mostrada en la figura 3 el lado primario 14 del transformador 12 esta conectado tambien en estrella. Sin embargo, solamente el punto neutro en el lado secundario 13 esta puesto aqrn a tierra. En el punto neutro en el lado primario 14 se puede leer directamente la tension del sistema de secuencia cero de la red de media tension 15. Por tanto, el sensor 19 ataca en el punto neutro en el lado primario 14 y mide la tension con respecto al potencial de tierra. El valor de medida puede alimentarse directamente al modulo logico 22, en el cual se realiza una comparacion con el primer valor lfmite y con el segundo valor lfmite. En otra forma de realizacion mas, vease la figura 8, esta formado un punto neutro artificial en el lado primario 14 del transformador 12 por medio de resistencias 29 de alto ohmiaje. Tambien aqrn el sensor 19 puede medir directamente la tension del sistema de secuencia cero.

En la figura 7 se representa esquematicamente un parque eolico marino en el que estan conectadas cuatro instalaciones de energfa eolica 10 en cada uno de dos ramales. La energfa electrica generada por las instalaciones de energfa eolica 10 se transforma con transformadores 12 en una media tension de 10 kV y se conduce a un punto de transferencia 25 a traves de una red electrica 24 interna al parque eolico. La energfa electrica es transferida allf con otro transformador a un cable marino 26 antes de que se efectue en tierra, en 27, la transferencia a la red electrica publica. Si en este parque eolico se presenta un defecto (por ejemplo, un cortocircuito a tierra) en uno de los ramales, se puede intentar entonces con el procedimiento segun la invencion mantener la tension en el ramal dentro de lfmites aceptables para evitar una separacion inmediata del ramal respecto de la red restante. A este fin, como se ha descrito anteriormente, las distintas instalaciones de energfa eolica 10 pueden registrar valores de medida en el lado primario del transformador 12 asignado a ellas y reaccionar de manera correspondiente cuando la tension en el sistema de secuencia cero sobrepasa valores lfmite primeros o segundos.

Como alternativa, es posible tambien que la reaccion de varias instalaciones de energfa eolica 10 dependa de valores de medida que se registran en una instalacion de energfa eolica 10. Para registrar los valores de medida se elegira una instalacion de energfa eolica 10 en la que quepa contar con las tensiones mas altas en el sistema de secuencia cero. Regularmente, esta es la instalacion de energfa eolica que esta mas alejada del punto de transferencia 25 y, por tanto, del siguiente punto neutro puesto a tierra. Los valores de medida registrados en esta instalacion de energfa eolica alejada 10 pueden conducirse directamente a las demas instalaciones de energfa eolica 10 del ramal, de modo que estas puedan reaccionar segun la invencion. Es posible tambien conducir los valores de medida primeramente a un gestor de parque 28 que decide entonces centralmente que instalacion de energfa eolica 10 tiene que reaccionar de que modo, y que transmite ordenes correspondientes a la instalacion de energfa eolica 10.

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Procedimiento de funcionamiento de una instalacion de ene^a eolica (10) que comprende un transformador (12), en el que se genera energfa electrica con un generador (11) y se la alimenta a una red electrica (15, 17) en varias fases (L1, L2, L3), alimentandose la energfa electrica con una baja tension al lado secundario (13) de un transformador (12) y entregandose esta energfa en el lado primario (14) del transformador (12) con una tension mas alta, no estando definido el potencial en el lado primario (14) del transformador (12) con respecto al potencial de tierra, cuyo procedimiento comprende los pasos siguientes:

a. registro de un valor de medida de la tension que se aplica entre las fases (L1, L2, L3) del lado primario (14) del transformador (12) y el potencial de tierra;

b. comparacion del valor de medida con un valor lfmite prefijado;

c. adaptacion de la energfa electrica generada por el generador (11) cuando el valor de medida sobrepasa el valor lfmite.
2. Procedimiento segun la reivindicacion 1, caracterizado por que el valor lfmite concierne a la tension (Uo) del sistema de secuencia cero.
3. Procedimiento segun la reivindicacion 1, caracterizado por que el valor lfmite concierne a la tension entre fase (L1, L2, L3) y potencial de tierra.
4. Procedimiento segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que se prefija un primer valor lfmite, tras la superacion del cual la instalacion de energfa eolica (10) puede mantenerse en funcionamiento durante un espacio de tiempo limitado (T), y por que se prefija un segundo valor lfmite, tras la superacion del cual se desconecta la instalacion de energfa eolica (10).
5. Procedimiento segun la reivindicacion 4, caracterizado por que se prefija como primer valor lfmite para la tension (Uo) del sistema de secuencia cero un valor comprendido entre 1% y 5% de la tension nominal (Unom).
6. Procedimiento segun la reivindicacion 4 o 5, caracterizado por que, tras la superacion del primer valor lfmite, se aminora la energfa electrica entregada por el generador (11).
7. Procedimiento segun la reivindicacion 6, caracterizado por que, tras la superacion del primer valor lfmite, se alimenta corriente reactiva inductiva en el sistema de secuencia positiva y/o en el sistema de secuencia negativa.
8. Procedimiento segun cualquiera de las reivindicaciones 4 a 7, caracterizado por que, tras la superacion del segundo valor lfmite, se efectua una desconexion rapida de la instalacion de energfa eolica (10).
9. Procedimiento segun cualquiera de las reivindicaciones 4 a 8, caracterizado por que la instalacion de energfa eolica (10) recibe energfa electrica de la red electrica (15) despues de la superacion del segundo valor lfmite.
10. Procedimiento segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por que, despues del paso c., se hace que la prosecucion del funcionamiento de la instalacion de energfa eolica (11) dependa de si se presenta una variacion brusca de la tension.
11. Procedimiento de funcionamiento de una pluralidad de instalaciones de energfa eolica (10), en el que se genera energfa electrica con un generador (11) y se la alimenta en varias fases (L1, L2, L3) a una red electrica (15, 17), alimentandose la energfa electrica con una baja tension al lado secundario (13) de un transformador (12) y entregandola en el lado primario (14) del transformador (12) con una tension mas alta, no estando definido el potencial en el lado primario (14) del transformador (12) con respecto al potencial de tierra, cuyo procedimiento comprende los pasos siguientes:

a. registro de un valor de medida de la tension que se aplica entre las fases del lado primario (14) del transformador (12) y el potencial de tierra;

b. comparacion del valor de medida con un valor lfmite prefijado;

c. retransmision de una senal a una pluralidad de instalaciones de energfa eolica (10) cuando el valor de medida sobrepasa el valor lfmite;

d. adaptacion de la entrega de potencia a la pluralidad de instalaciones de energfa eolica (11).
12. Procedimiento segun la reivindicacion 11, caracterizado por que el valor de medida se retransmite a un gestor de parque (28) responsable de la pluralidad de instalaciones de energfa eolica (10) y por que el gestor de parque (28) retransmite una senal a la pluralidad de instalaciones de energfa eolica (10) al sobrepasarse el valor lfmite.
13. Instalacion de energfa eolica con un generador (11) para generar energfa electrica, con un transformador (12) que recibe energfa electrica del generador (11) en un lado secundario (13) y la entrega nuevamente en un lado primario (14) con una tension mas alta en varias fases (L1, L2, L3), no estando definido el potencial en el lado primario (14) del transformador (12) con respecto al potencial de tierra, con un sensor (19) para registrar un valor de 5 medida de la tension que se aplica entre las fases (L1, L2, L3) del lado primario (14) del transformador (12) y el potencial de tierra, con un modulo logico (22) para comparar el valor de medida con un valor lfmite prefijado, y con un sistema de control (20) que adapta la energfa electrica generada por el generador (11) cuando el valor de medida sobrepasa el valor lfmite.