ES2818908T3 - Sistema de prueba para descarga de turbinas eólica - Google Patents

Abstract

Un método para mejorar la función de un circuito de descarga (104) en un generador de turbina eólica (1), que tiene una resistencia de descarga (122), en el que el circuito de descarga está conectado a un enlace de CC (112) de un convertidor electrónico de potencia (102), para convertir potencia eléctrica a una red de suministro de potencia (107), y en el que el método comprende someter a prueba el circuito de descarga (104) durante un funcionamiento sin fallos del generador de turbina eólica con las etapas siguientes: realizar una primera medición de al menos una señal dentro de la turbina eólica, activar el circuito de descarga, realizar una segunda medición de la al menos una señal después de la activación del circuito de descarga, comparar las mediciones primera y segunda de la al menos una señal.

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de prueba para descarga de turbinas eólica

Campo de la invención

La presente invención se refiere a mejorar la función de un componente crítico en un generador de turbina eólica.

Antecedentes de la invención

Un generador de turbina eólica es un sistema de conversión de energía que convierte la energía eólica cinética en energía eléctrica para redes de suministro de potencia. Específicamente, se aplica viento a las palas de turbina eólica de la turbina eólica para hacer rotar un rotor. La energía mecánica del rotor rotativo a su vez se convierte en energía eléctrica mediante un generador eléctrico.

Debido a que la velocidad del viento fluctúa, la fuerza aplicada a las palas eólicas y, por lo tanto, la velocidad de rotación del rotor puede variar. Sin embargo, las redes de potencia eléctrica requieren que se proporcione una potencia eléctrica de frecuencia constante mediante la turbina eólica.

Un tipo de generador de turbina eólica es una turbina eólica de velocidad variable. Este tipo de generador de turbina eólica permite al generador rotar a velocidades variables para adaptarse a velocidades de viento fluctuantes. Al variar la velocidad de rotación del rotor de generador, la conversión de energía puede optimizarse en un intervalo más amplio de velocidades del viento.

Una turbina eólica de velocidad variable suele incluir un convertidor de potencia eléctrica que tiene un convertidor de lado de generador acoplado a un convertidor de lado de red a través de un enlace de corriente continua (CC). El convertidor de lado de generador regula la potencia del generador. Esta potencia pasa a través del enlace de CC, total o parcialmente, y finalmente se alimenta a la red a través del convertidor de lado de red.

Convencionalmente, cuando hay un fallo en la red, el generador de turbina eólica (o central de energía eólica que comprende generadores de turbina eólica) suele estar desconectado de la red para proteger los componentes eléctricos y las partes mecánicas de la turbina debido a los requisitos de código de red relajados. Posteriormente, cuando se elimina el fallo, la turbina eólica vuelve a conectarse a la red para suministrar potencia a la misma.

Con la creciente penetración de la generación de potencia eólica, la desconexión de los generadores de turbinas eólicas o de las centrales de energía eólica de la red durante fallos de red ya no son aceptables por los operadores de red. Esto se debe a que la desconexión de generadores de turbinas eólicas o centrales de energía eólica en estado de fallo de red conduce a la inestabilidad de la red de potencia. Los operadores de red de muchos países exigen ahora que los operadores de parques eólicos cumplan con determinados requisitos de red especificados en códigos de red antes de que se les permita conectarse a la red. Los requisitos de red varían según los países, pero tienen el objetivo común de permitir el desarrollo, mantenimiento y funcionamiento de un sistema de transmisión o distribución coordinado, fiable y económico. Por ejemplo, los códigos de red normalmente requieren que las turbinas eólicas sean capaces de superar un fallo que provoca la tensión en un punto de acoplamiento común (PCC) en una central de energía eólica.

El documento US 6.921.985 da a conocer el uso de un circuito de derivación o un circuito de palanca para derivar la repentina sobrecarga de corriente durante un fallo de red, como una caída de tensión. El circuito de palanca está acoplado a un punto entre el convertidor de lado de generador y el rotor de generador. Cuando se detecta un aumento repentino de corriente en convertidor de lado de generador, se activa el circuito de palanca y la corriente se drena desde el convertidor de lado de generador por el circuito de palanca.

El documento US 7.411.309 también da a conocer el uso de un circuito de palanca durante transitorios de tensión en la red. El circuito de palanca está acoplado al enlace de CC entre el convertidor de lado de generador y el convertidor de lado de red. Cuando la tensión de enlace de CC excede un valor predeterminado (debido al fallo de red), el circuito de palanca se activa para drenar la corriente del convertidor de lado de generador, reduciendo por tanto la tensión de enlace de CC.

En ambos documentos de la técnica anterior, los circuitos de derivación utilizan resistencias para drenar cualquier sobrecarga no deseada de corriente o disipar cualquier exceso de potencia generado debido a un fallo en la red. Dado que la salida de potencia de las turbinas eólicas es grande, el circuito de derivación necesita utilizar resistencias altas de mega julios con el fin de disipar el exceso de potencia del generador. Además, es necesario controlar el calor generado por las resistencias disipadoras de potencia.

El documento US2009079193 se refiere a un método de control de una turbina eólica conectada a una red de servicio eléctrico durante un mal funcionamiento en dicha red de servicio eléctrico (9). El método comprende las etapas de detectar un mal funcionamiento en dicha red de servicio eléctrico y hacer funcionar al menos dos unidades control de dicho convertidor de potencia (12) en relación con al menos un valor límite de convertidor de potencia. La invención también se refiere a un sistema de control para una turbina eólica conectada a una red de servicio y una turbina eólica. El documento DE102008025944 se refiere a una instalación de energía eólica, dispositivo de monitorización y método. Una instalación de energía eólica a modo de ejemplo incluye un rotor que incluye al menos una pala y un generador configurado para accionarse por el rotor para producir energía eléctrica. La instalación también incluye un dispositivo de paso configurado para variar la al menos una pala del rotor. El dispositivo de paso incluye una unidad de suministro de potencia con una batería, una unidad de accionamiento, una unidad de monitorización y un módulo de carga configurado para conmutar la unidad de accionamiento entre un modo de funcionamiento y un modo de prueba. En el modo de prueba, la unidad de accionamiento forma una carga definida que puede preseleccionarse para la batería. En consecuencia, puede aplicarse una carga elevada y reproducible que no dependa de las condiciones ambientales para realizar una prueba de esfuerzo, incluso durante la operación en curso.

El objetivo de la presente invención es mejorar la función de componentes críticos en un generador de turbina eólica. Mediante estos componentes críticos se comprobará y se mantendrá en una condición de estado. Si se usa el componente crítico, es importante saber que funcionará. El tiempo de espera del generador de turbina eólica puede reducirse si los componentes críticos requeridos están funcionando según sea necesario.

Sumario de la invención

Este sumario se proporciona para introducir una selección de conceptos de forma simplificada que se describen adicionalmente más adelante en la descripción detallada. Este sumario no pretende identificar características clave o características esenciales de la materia objeto reivindicada, ni pretende usarse como una ayuda para determinar el alcance de la materia objeto reivindicada.

Según un primer aspecto, la invención, tal como se define por las reivindicaciones adjuntas, se refiere a un método para mejorar la función de un componente en un generador de turbina eólica, en el que el método comprende someter a prueba un circuito de descarga con las etapas de:

realizar una primera medición de al menos una señal dentro de la turbina eólica,

activar el circuito de descarga,

realizar una segunda medición de la al menos una señal después de la activación del circuito de descarga.

Una ventaja de este aspecto es que la presente invención proporciona un método de prueba simple para un circuito de descarga en un generador eólico durante el modo de funcionamiento normal. Mejorará la fiabilidad del circuito de descarga al proporcionar la condición de estado de salud en tiempo real y por tanto mejorará la fiabilidad del generador de turbina eólica y su capacidad de superar un fallo de red.

Según la invención, el método se realiza durante el funcionamiento sin fallos del generador de turbina eólica.

Una ventaja de esta realización es que normalmente no se comprueba el estado de descarga. Si la descarga es defectuosa, el generador de turbina eólica no puede controlarse durante el funcionamiento de fallo, entonces el sistema de control entenderá que la descarga es fallida, pero es demasiado tarde, porque la energía almacenada podría provocar una sobretensión grave y los módulos IGBT podrían dañarse instantáneamente, y el generador de turbina eólica podría apagarse con un convertidor de potencia fallido.

Según la invención, el circuito de descarga está conectado a un enlace de CC de un convertidor electrónico de potencia, para convertir potencia eléctrica a una red de suministro de potencia.

Una ventaja de esta realización es que la tensión de enlace de CC no puede controlarse durante un funcionamiento de fallo a menos que exista una descarga de enlace de CC en funcionamiento. Si la descarga es defectuosa, el sistema de control lo entenderá, pero demasiado tarde, porque la energía almacenada en el enlace de CC sería muy alta y conduce a una sobretensión grave y probablemente los módulos IGBT se dañarán instantáneamente y el generador de turbina eólica podría apagarse con un convertidor de potencia fallido en la condición de un fallo de red.

Según una realización de la invención el circuito de descarga está conectado a un lado de CA de un generador. Una ventaja de esta realización es que normalmente no se comprueba el estado de descarga. Si la descarga es defectuosa, el generador de turbina eólica no puede controlarse durante un funcionamiento de fallo, y luego el sistema de control entenderá que la descarga es fallida, pero es demasiado tarde, porque la energía almacenada podría conducir a una sobrevelocidad y altas pulsaciones de par motor en el grupo de propulsión de generador de turbina eólica.

Según una realización de la invención, la al menos una señal es una medición de tensión de enlace de CC.

Una ventaja de esta realización es que da una respuesta rápida en el nivel de tensión de enlace de CC cuando se activa la descarga, sin provocar una pulsación de par motor demasiado alta.

Según una realización de la invención, la al menos una señal es una medición de temperatura de al menos una resistencia de descarga que forma parte del circuito de descarga.

Una ventaja de esta realización es que es una manera fácil de monitorizar que la energía, de hecho, se haya disipado en la resistencia de descarga y que el circuito de descarga está funcionando.

Según una realización de la invención, el método se realiza regularmente, y en el que el resultado se acumula para cada prueba.

Una ventaja de esta realización es que el estado de la descarga depende de múltiples números de pruebas. Cada prueba fallida debe registrarse y puede añadirse a un contador. Si el número en el contador es mayor en comparación con otras turbinas similares, es probable que la descarga no funcione correctamente.

Según una realización de la invención, el circuito de descarga se activa un número de veces durante períodos cortos mediante impulsos generados a través de un controlador.

Una ventaja de esta realización es que el funcionamiento con varios períodos cortos por medio de impulsos, el nivel de tensión de enlace de CC no caerá tan bajo como si toda la energía se disipase en la resistencia de una vez y sin provocar una pulsación de par motor demasiado alta en el grupo de propulsión de generador de turbina eólica. Según un segundo aspecto, la invención se refiere a un componente de un generador de turbina eólica que comprende al menos un sistema de prueba para una prueba en la que dicho componente es un circuito de descarga, el sistema de prueba comprende:

un sensor para realizar una medición primera y segunda de al menos una señal dentro de la turbina eólica antes y después de la activación del circuito de descarga;

un procesador para comparar las mediciones primera y segunda de la al menos una señal.

Las ventajas del segundo son equivalentes a las ventajas para el primer aspecto de la presente invención.

Muchas de las características asociadas se apreciarán más fácilmente, ya que las mismas se entenderán mejor mediante referencia a la siguiente descripción detallada considerada en conexión con los dibujos adjuntos.

Las características preferidas pueden combinarse según corresponda, como será aparente para una persona experta, y pueden combinarse con cualquiera de los aspectos de la invención.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 muestra un generador de turbina eólica según la presente invención.

Figura 2: circuito de descarga conectado al enlace de CC.

Figura 3: circuito de descarga conectado a terminales de CA del convertidor de lado de generador.

Figura 4: mediciones de tensión de enlace de CC.

Figura 5: diagrama de flujo según unas realizaciones de la presente invención.

Figura 6: diagrama de flujo según unas realizaciones de la presente invención.

Figura 7: diagrama de flujo según unas realizaciones de la presente invención.

Descripción detallada de la invención

La figura 1 muestra una configuración general de un generador de turbina eólica 1. El generador de turbina eólica 1 incluye una torre 2 que tiene un número de secciones de torre, una góndola 3 situada en la parte superior de la torre 2, y un rotor 4 que se extiende desde la góndola 3. La torre 2 se erige sobre una base 7 construida en el suelo. El rotor 4 es rotativo con respecto a la góndola 3, e incluye un buje 5 y una o más palas 6. Un incidente de viento en las palas 6 provoca que el rotor 4 rote con respecto a la góndola 3. La energía mecánica de la rotación del rotor 4 se convierte en energía eléctrica mediante un generador 9 en la góndola 3. La energía eléctrica se convierte posteriormente, primero mediante un generador de lado de convertidor 110 que convierte la energía de frecuencia variable en corriente directa 112. Después, un convertidor de lado de red 111 convierte la energía en potencia eléctrica de frecuencia fija que va a suministrarse a una red de potencia 107. El generador de turbina eólica 1 también puede formar parte de una central de energía eólica que comprende una pluralidad de generadores de turbinas eólicas 1.

Aunque el generador de turbina eólica 1 que se muestra en la figura 1 tiene tres palas 6, debe observarse que un generador de turbina eólica puede tener un número diferente de palas. Es común encontrar turbinas eólicas que tienen de una a cuatro palas. El generador de turbina eólica 1 que se muestra en la figura 1 es una turbina eólica de eje horizontal (HAWT) ya que el rotor 4 rota sobre un eje horizontal. Debe observarse que el rotor 4 puede rotar alrededor de un eje vertical. Un generador de turbina eólica de este tipo cuyo rotor rota sobre el eje vertical se conoce como turbina eólica de eje vertical (VAWT). Las realizaciones descritas en lo sucesivo no se limitan a una HAWT que tiene 3 palas. Pueden implementarse tanto en HAWT como en VAWT, y tener cualquier número de palas 6 en el rotor 4.

Se aplica una descarga 104 y/o 140 en el generador de turbina eólica 1 y, normalmente, solo se hace funcionar para absorber la energía durante los fallos. Por tanto, la mayor parte del tiempo del funcionamiento del generador de turbina eólica, la descarga 104 o 140 no se aplica, y su condición de estado es desconocida.

La presente invención trata de un método para comprobar la condición de descarga durante el funcionamiento normal o antes del funcionamiento.

La figura 2 muestra un sistema eléctrico de la turbina eólica según una realización. El sistema eléctrico incluye un generador 101, un convertidor de potencia 102, un transformador principal 103 y un sistema de descarga 104. El convertidor de potencia 102 incluye un convertidor de lado de generador 110 y un convertidor de lado de red 111 conectado a través de un enlace de corriente continua (CC) 112. El enlace de CC 112 incluye un condensador de enlace de CC 113. El generador 101 convierte la energía mecánica en energía eléctrica que tiene corriente y tensión de CA (corriente alterna) (denominadas colectivamente “señales de CA”), y proporciona las señales de CA generadas al convertidor 110 de generador lateral. Las señales de CA del generador tienen una frecuencia variable, debido a la velocidad variable del viento. El convertidor de lado de generador 110 convierte o rectifica las señales de CA en una tensión de CC (corriente directa) y una corriente de CC que se coloca en el enlace de CC 112. El convertidor de red lateral 111 convierte las señales de CC en el enlace de Cc 112 en señales de CA de frecuencia fija para una red de potencia 107. La potencia que comprende las señales de CA de frecuencia fija a la salida del convertidor de red lateral 111 se incrementa mediante el transformador principal 103 a un nivel adecuado para recibirse y transmitirse por la red de suministro de potencia 107.

Debe observarse que el sistema eléctrico descrito con referencia a la figura 2 es solo un ejemplo de la configuración eléctrica de la turbina eólica y solo se muestran los componentes principales para ilustrar las realizaciones. La presente invención no debe limitarse a la configuración de sistema eléctrico exacta mostrada en la figura 2.

Son posibles otras configuraciones eléctricas. Además, en la figura 2 no se muestran componentes diferentes en el sistema eléctrico de la turbina eólica. Por ejemplo, el sistema eléctrico puede incluir filtros entre el generador 101 y el convertidor de potencia 102, y entre el convertidor de potencia 102 y el transformador principal 103. Además, puede haber interruptores dispuestos en diversas ubicaciones para conectar o desconectar determinados componentes de la turbina. Tampoco se muestran controladores para controlar los convertidores 110, 111 en la figura 2.

El circuito de descarga 104 en la figura 2 está acoplado al enlace de CC 112 del convertidor de potencia 102. El circuito de interruptor periódico 104 incluye una resistencia de disipación de potencia 122, un diodo de bloqueo 123 y un elemento de conmutador 125. Tanto el elemento de conmutador 125 como la resistencia de disipación de potencia 122 pueden tener instalado un sensor de medición de temperatura 130, ya sea en la superficie del componente o dentro del componente.

En el presente documento se describe el funcionamiento de una turbina eólica con un circuito de descarga según la figura 2, se relaciona más con el uso de la descarga que con la prueba de la descarga, pero la descripción es útil para entender el problema objetivo resuelto por la invención.

Durante el funcionamiento normal de la turbina eólica, la potencia eléctrica generada por el generador se convierte mediante el convertidor de potencia 102 en potencia que tiene señales de CA de frecuencia fija que van a suministrarse a la red de potencia 107. El 125 está abierto y, por lo tanto, no fluye potencia en el circuito de interruptor periódico 104. Un controlador (no mostrado) detecta constantemente si existe un caso de desequilibrio de potencia que provoca que el flujo de potencia desde el generador hasta la red se desequilibre. Como se mencionó anteriormente, el caso de desequilibrio de potencia puede ser una caída de tensión en la red de suministro de potencia 107 (caso de baja tensión) o cuando hay una ráfaga de viento repentina que provoca un aumento repentino de la velocidad de rotación de las palas de la turbina eólica (caso de ráfaga de viento).

Estos casos dan como resultado que la potencia eléctrica generada por el generador 101 sea superior a la potencia suministrada a la red de potencia 107, dando como resultado un exceso de potencia o energía eléctrica. El exceso de potencia eléctrica, si no se transfiere a la red o se disipa adecuadamente, conducirá a un aumento de la tensión de enlace de CC 112. Si el interruptor periódico de enlace de CC no funciona correctamente, una tensión demasiado alta dará como resultado una tensión excesiva, lo que podría provocar que fallen los condensadores de enlace de CC y los interruptores IGBT en ambos lados del convertidor.

El controlador 150 también puede detectar la tensión en la salida del convertidor de lado de red 111 o en la red de potencia 107 directamente, por ejemplo, en el PCC (no mostrado) a la red de potencia 107 para determinar si hay alguna caída de tensión que da como resultado el caso de desequilibrio de potencia. También es posible determinar si se ha producido un caso de ráfaga de viento determinando la velocidad del viento o la velocidad de rotación del rotor. La velocidad del viento puede determinarse usando anemómetros de viento (no mostrados) comúnmente colocados en la parte superior de la góndola 3 de la turbina. Cuando se determina que la velocidad del viento ha aumentado sustancialmente durante un corto período de tiempo, se detecta un caso de ráfaga de viento.

Siempre que el generador de turbina eólica se hace funcionar sin activar ninguno de los circuitos de descarga 104, 140 se hace funcionar en un modo de funcionamiento sin fallos respecto a los circuitos de descarga 104, 140.

Debe observarse que el generador 101 y el convertidor de potencia 102 se colocan generalmente dentro de la góndola 3 de la turbina 1. El transformador principal 103, el circuito de interruptor periódico 104 también pueden colocarse dentro de la góndola o fuera de la góndola, por ejemplo, en la torre o en la base de la turbina.

La figura 3 muestra otro sistema eléctrico de la turbina eólica según una realización. El sistema eléctrico de la figura 3 es similar al mostrado en la figura 2, excepto por la configuración del circuito de descarga 140 y el acoplamiento de la disposición de gestión de energía 140 a los terminales de CA del generador 101. En el sistema eléctrico de la figura 3, la disposición de gestión de energía 140 se acopla a la entrada del convertidor de potencia 102, es decir, el lado de CA del convertidor de lado de generador o el circuito de descarga 140 se acopla a los bobinados de estátor 120 del generador 101.

Los circuitos de descarga de la figura 2 y la figura 3 pueden someterse a prueba de manera diferente. Se presentarán dos realizaciones. En una realización que solo se aplica a un circuito de interruptor periódico 104 que está acoplado al enlace de CC 112 como en la figura 2. Donde, como otra realización, pueden aplicarse a ambas disposiciones de descarga 104 y 140, la figura 2 y la figura 3.

La primera realización se aplica en un generador de turbina eólica 1, tal como se describe en la figura 1 y en la figura 2, encendiendo el interruptor periódico 104 durante un corto período de tiempo, es decir, un impulso de comprobación de interruptor periódico 52. Podría hacerse durante el funcionamiento normal; puede generarse un impulso a partir de un controlador (no mostrado) para activar el conmutador de descarga 125. El impulso 52 da como resultado la disipación de energía en la resistencia de descarga 122 si el interruptor periódico 104 funciona correctamente y el equilibrio de energía se verá afectado en el condensador de enlace de CC 113, un resultado de ello será una disminución corta del nivel de tensión de enlace de CC 112 que puede medirse, mediante una medición de enlace de CC 114. La caída de tensión debe ser lo suficientemente pequeña para que no se vea afectado el funcionamiento normal del generador de turbina eólica 1.

Dado que la tensión de CC se monitoriza siempre mediante el controlador de convertidor 150, la pequeña caída de tensión puede capturarse y tratarse como una señal de estado del interruptor periódico.

La figura 4 muestra una prueba repetida del estado del interruptor periódico 104. La figura 4 superior muestra el nivel de tensión de enlace de CC y la figura 4 inferior muestra los impulsos de comprobación de interruptor periódico. La prueba se repite cada 50 ms y los impulsos de comprobación de interruptor periódico tienen una duración de unos pocos milisegundos. La frecuencia de comprobación puede ajustarse a comprobación cada hora, o incluso cada semana dependiendo de la antigüedad del interruptor periódico.

Se puede utilizar un contador para contar un resultado de seguimiento del circuito de descarga 104, 140. Si se acumula una gran cantidad de recuentos poco saludables, es muy probable que el interruptor periódico esté defectuoso. Aunque las pruebas indicadas desde la figura 5 hasta la figura 7 podrían indicar que una sola prueba fallida significa que el generador de turbina eólica no está funcionando. Ese no es el caso, pero debe registrarse una prueba fallida y podría añadirse a un contador. Si el número en el contador es mayor en comparación con otras turbinas similares, es probable que la descarga no funcione correctamente.

En una realización práctica, el circuito de interruptor periódico se implementará en un ambiente eléctricamente ruidoso, lo que significa que el nivel de tensión de enlace de CC 54 puede estar influenciado por muchas perturbaciones, por tanto, es importante garantizar la sincronización con los impulsos de comprobación de interruptor periódico y las mediciones de enlace de CC 114. Al hacerlo, las mediciones de enlace de c C solo necesitan analizarse para detectar pequeñas caídas de tensión después de un impulso de comprobación de interruptor periódico. El impulso de activación para cerrar el conmutador de interruptor periódico 125 puede utilizarse incluso para activar la medición de tensión de enlace de CC 114.

La segunda realización también se aplica conmutando el interruptor periódico 104 o la descarga 140 durante un corto período de tiempo. Como para la primera realización. La descripción de la segunda realización se dividirá en cómo puede aplicarse para el interruptor periódico de enlace de CC 104 y cómo puede aplicarse para la descarga de CA 140.

Al aplicar la descarga durante períodos cortos de tiempo, se disipará parte de la energía en la resistencia 122, un resultado de esto será aumentos de temperatura en la resistencia 122. La medición de la temperatura por medio de un sensor de temperatura 130 antes y después de aplicar la resistencia dará un estado de descarga. El sensor de temperatura 130 puede ser cualquier tipo de sensores de temperatura conocidos por la persona experta en la técnica, a menudo en este tipo de resistencias se utiliza un sensor PT100; también pueden utilizarse otras resistencias dependientes de la temperatura, tales como tipos NTC o PTC. Debido a la fiabilidad, es común tener un sensor de temperatura redundante en la resistencia.

Someter a prueba el interruptor periódico de enlace de CC 104 según el segundo método puede hacerse ya sea cerrando el conmutador 125 en un intervalo de tiempo definido. El intervalo puede estar entre 100 ms y 800 ms. El intervalo depende de la capacidad térmica de la resistencia 122; tiene que ser lo suficientemente largo para provocar una diferencia de temperatura medible en la resistencia, por otro lado, no debe provocar un aumento de temperatura que vaya a atenuar el rendimiento del sistema de manera que el interruptor periódico de enlace de CC 104 no pueda utilizarse para su intención justo después de una prueba. La respuesta en las mediciones de temperatura no es instantánea debido a la constante de tiempo térmico de la resistencia 122. La constante de tiempo térmico también se aplicaría a la(s) resistencia(s) 142.

Como alternativa al cierre del conmutador 125 en un intervalo, el conmutador 125 puede hacerse funcionar con un ciclo de trabajo, en que se cerrará y abrirá, durante un período de tiempo más largo. El ciclo de trabajo significa que el conmutador 125 se cierra, por ejemplo, el 10 % del tiempo y se abre durante el 90 % del tiempo; también pueden aplicarse otros ciclos de trabajo. El tiempo acumulado en que se cierra el conmutador será similar al intervalo único. Las ventajas de funcionar con un ciclo de trabajo son que el nivel de tensión de enlace de CC 112 no caerá tan bajo como si toda la energía se disipara en la resistencia a la vez. El funcionamiento del ciclo de trabajo provocará que la tensión de enlace de CC parezca similar al nivel de tensión de enlace de CC 54 de la figura 4 superior, pero con una menor bajada del nivel de tensión de enlace de CC.

La descarga 140 puede, como el interruptor periódico de enlace de CC 104, someterse a prueba, ya sea cerrando todos los interruptores 141a, 141b y 141c por un intervalo o haciendo funcionar un ciclo de trabajo. La resistencia de descarga 142 puede consistir en una unidad donde las tres resistencias tienen un sensor de medición de temperatura o uno para cada resistencia, es más probable que se utilice esto último.

Mientras que el conmutador 125 en el interruptor periódico de enlace de CC 104 a menudo es un tipo de conmutador autoconmutado, tal como un IGBT, a menudo son los conmutadores en la descarga 140 de un tipo conmutado forzado de conmutador, tal como un tiristor. Esto significa que el conmutador de tiristor solo puede abrirse en un cruce por cero. Por tanto, hay algunas restricciones en el intervalo de tiempo.

La aplicación de la descarga para un intervalo podría provocar una fluctuación de par motor en el grupo propulsor mecánico del generador de turbina eólica 1, a menos que el convertidor de lado de generador 110 reduzca la potencia similar a la disipación de potencia en la resistencia. Mientras que el funcionamiento del/de los conmutador(es) 141a, 141b 141c tendría un efecto menor en el par motor mecánico. El ciclo de trabajo puede hacerse funcionar de manera para que cada conmutador de tiristor 141a, 141b 141c se cierre durante un número de períodos parciales y luego se abra durante un mayor número de períodos parciales, o más avanzado controlando el impulso de activación para comenzar en un ángulo alfa durante un período de tiempo específico o hasta que ocurran cambios de temperatura dados.

Aunque la figura 3 muestra una descarga 140 con tres interruptores 141, el mismo método podría utilizarse en una realización donde la señal de CA trifásica del generador 101 se rectifica, en un rectificador de diodos simple, a CC. Entonces, podría aplicarse un circuito de interruptor periódico como 104.

La figura 5, la figura 6 y la figura 7 muestran diagramas de flujo de las diferentes etapas de las diferentes implementaciones de la invención.

La figura 5 muestra las etapas del método donde la descarga se somete a prueba monitorizando el nivel de tensión de enlace de CC. Se realiza una medida inicial de enlace de CC; etapa 80, que va a utilizarse más adelante para una comparación. La descarga se activa, aplicando el conmutador 125, etapa 81, durante un período de tiempo dado. Al ^{tiempo que se activa el conmutador 125, se realiza una segunda medición de enlace de} Cc, ^{paso 82 y se calcula la} diferencia de tensión ^A U entre la medición primera y segunda, etapa 83. En la etapa 84 se compara ^A U con un valor de umbral U_tres. Si ^A U es mayor que el valor de umbral U_tres, se pasa la prueba 84 y continúa con la etapa 85 donde se desactiva la descarga. Si la ^A U no es mayor que el U_tres, el contador de ciclo “recuentos de ciclo” se incrementa, y si el recuento es menor que los ciclos máx., el método continúa en la etapa 82. Si el contador de ciclo alcanza el número de ciclos máx. es una indicación de que la descarga 104 ha fallado la prueba, etapa 87.

La cantidad de energía absorbida por la resistencia de descarga 122 y el tamaño del condensador de enlace de CC 113 influirán en el número de ciclos, etapas 82-84 etapa 85. Naturalmente, habrá un intervalo de tiempo de muestreo Ts dado que este tipo de sistema es probable que se implemente en unos sistemas de control digital 150. El intervalo de tiempo de muestreo también tendrá un efecto sobre el número de ciclos, es decir, cuanto más largo sea el intervalo de tiempo de muestreo, más larga será la descarga activada.

La figura 6 muestra las etapas del método donde la descarga 104, 140 se somete a prueba monitorizando la temperatura de la resistencia de descarga 122 o 142.

Se realiza una medición de temperatura inicial con el/los sensor(es) de temperatura 130; etapa 60, que va a utilizarse más adelante para una comparación. La descarga se activa, aplicando el conmutador 125, etapa 62, durante un corto período de tiempo dado, tal como 100 ms - 800 ms. Después de que el conmutador de interruptor periódico 125, 142 se apague de nuevo, se realiza una segunda medición de temperatura, etapa 63 y se calcula la diferencia de temperatura AT entre la medición primera y segunda, etapa 64. En la etapa 65 se compara AT con un valor de umbral T_tres1. Si AT es mayor que el valor de umbral T_tres1 se pasa la prueba de descarga. Si el AT no es mayor que T_tres1, los “recuentos de ciclo” de contador de ciclo se incrementan, y si el recuento es menor que los ciclos máx., el método continúa en la etapa 62. Si el contador de ciclo alcanza el número de ciclos máx. es una indicación de que la descarga 104, 140 no está funcionando correctamente, y la prueba ha fallado, etapa 68.

En una realización de la invención, la prueba de la descarga también podría realizarse justo después de la precarga del condensador de enlace de CC antes de la producción de potencia. La precarga se producirá como una de las primeras cosas en una secuencia de arranque al encender el convertidor de potencia eléctrica 102. La figura 7 muestra un diagrama de flujo de la realización donde la prueba se realiza después de la precarga de enlace de CC 61. El método es muy similar al que se muestra en la figura 6, excepto porque el condensador de CC 113 no se carga antes de la prueba, y el generador de turbina eólica 1 no está en modo de funcionamiento. El controlador 150 está en funcionamiento.

Se realiza una medición inicial de la temperatura con el/los sensor(es) de temperatura 130; etapa 60, que va a utilizarse más adelante para una comparación. El condensador de enlace de CC está precargado con un circuito precargado (no mostrado), que es muy conocido en la técnica de convertidores de frecuencia conectados a red. El propósito de la precarga es energizar el condensador de enlace de CC antes de iniciar el funcionamiento del convertidor de lado de red 111. Después de la precarga, se activa la descarga, aplicando el conmutador 125, etapa 62, durante un corto período de tiempo dado, como 20 ms - 200 ms, podría ser incluso más largo.

Después de que el conmutador de descarga 125, 142 se apague de nuevo, se realiza una segunda medición de temperatura, etapa 63 y se calcula la diferencia de temperatura AT entre la medición primera y segunda, etapa 64. En la etapa 65 se compara AT con un valor de umbral T_tres1. Si AT es mayor que el valor de umbral T_tres1, se pasa la prueba de descarga. Si AT no es mayor T_tres1, los “recuentos de ciclo” de contador de ciclo se incrementan. Si el recuento es menor que los ciclos máx., el método continúa en la etapa 61, donde el circuito de precarga se aplica una vez más. Si el contador de ciclo alcanza el número de ciclos máximo es una indicación de que la descarga 104, 140 no está funcionando correctamente, y la prueba ha fallado, etapa 68. Para la prueba de preinicio, el número de ciclos debe limitarse a unos pocos, digamos 2-5.

En ambas pruebas indicadas en la figura 6 y la figura 7, debe observarse que la respuesta en las mediciones de ^{temperatura no es tan rápida como en el caso de la medición de tensión de enlace de} cC. ^{Esto se debe a la constante} de tiempo térmica de la resistencia 122, 142.

El convertidor de potencia eléctrica 102 en los generadores de turbinas eólicas se compone a menudo de varios módulos de convertidor, no solo divididos en un convertidor de lado de red y un convertidor de lado de generador. La modularidad se hace de modo que el convertidor de potencia eléctrica 102 se hace con un número de módulos paralelos, funcionando cada uno de manera independiente de los demás módulos, cada módulo también puede conectarse, por lo que, si falla una función en un módulo, el convertidor de potencia eléctrica 102 puede funcionar completamente, tal vez en producción de potencia reducida, utilizando la función fallida en el módulo vecino. Un ejemplo de esto podría ser si la presente invención ha detectado una descarga fallida 104 o 140 en uno de los módulos de potencia, entonces el generador de turbina eólica 1 todavía puede producir potencia y cumplir los requisitos de conexión de red si los otros módulos de potencia tienen sistemas de descarga que funcionen. Dependiendo de la velocidad del viento y del estado de la descarga 104 o 140, el generador de turbina eólica escalará su producción.

En resumen, la invención se refiere a una descarga aplicada en un generador de turbina eólica; normalmente solo funciona para absorber la energía durante los fallos. Por tanto, en la mayor parte del tiempo de funcionamiento del generador de turbina eólica, la descarga no se aplica, y su condición de estado es desconocida. Esta invención se refiere a un método para comprobar la condición de descarga durante un funcionamiento normal.

Cualquier rango o valor de dispositivo dado en el presente documento puede extenderse o alterarse sin perder el efecto buscado, como será evidente para el experto en la técnica.

Se entenderá que los beneficios y ventajas descritos anteriormente pueden referirse a una realización o puede referirse a varias realizaciones. Se entenderá, además, que la referencia a “un” elemento se refiere a uno o más de esos elementos.

Claims (10)

1. REIVINDICACIONES

   i. Un método para mejorar la función de un circuito de descarga (104) en un generador de turbina eólica (1), que tiene una resistencia de descarga (122), en el que el circuito de descarga está conectado a un enlace de CC (112) de un convertidor electrónico de potencia (102), para convertir potencia eléctrica a una red de suministro de potencia (107), y en el que el método comprende someter a prueba el circuito de descarga (104) durante un funcionamiento sin fallos del generador de turbina eólica con las etapas siguientes: realizar una primera medición de al menos una señal dentro de la turbina eólica,

   activar el circuito de descarga,

   realizar una segunda medición de la al menos una señal después de la activación del circuito de descarga, comparar las mediciones primera y segunda de la al menos una señal.
2. 2. Método según la reivindicación 1, en el que dicha al menos una señal es una medición de tensión de enlace de CC.
3. 3. Método según las reivindicaciones 1 a 2, en el que dicha al menos una señal es una medición de temperatura de al menos una resistencia de descarga que forma parte del circuito de descarga.
4. 4. Método según las reivindicaciones anteriores, en el que dicho método se realiza regularmente, y en el que el resultado se acumula para cada prueba.
5. 5. Método según las reivindicaciones 1 a 4, en el que dicho circuito de descarga se activa un número de veces durante períodos cortos mediante impulsos generados a través de un controlador.
6. 6. Un generador de turbina eólica (1) con un componente que comprende al menos un sistema de prueba en el que dicho componente es un circuito de descarga (104) que tiene una resistencia de descarga, en el que la prueba se realiza durante el funcionamiento sin fallos del generador de turbina eólica y en el que el circuito de descarga (104) está conectado a un enlace de CC (112) de un convertidor electrónico de energía (102), para convertir energía eléctrica en una red de suministro de energía (107), el sistema de prueba comprende: un sensor adaptado para realizar una medición primera y segunda de al menos una señal dentro de la turbina eólica antes y después de la activación del circuito de descarga;

   un procesador adaptado para comparar las mediciones primera y segunda de la al menos una señal.
7. 7. Circuito de descarga según la reivindicación 6, en el que dicha al menos una señal es una medición de tensión de enlace de CC.
8. 8. Circuito de descarga según las reivindicaciones 6 a 7, en el que dicha al menos una señal es una medición de temperatura de dicha resistencia de descarga.
9. 9. Circuito de descarga según las reivindicaciones 6 a 8, en el que dicho sistema de prueba está adaptado para realizar pruebas regularmente, y en el que el resultado se acumula para cada prueba.
10. 10. Circuito de descarga según las reivindicaciones 6 a 9 en el que dicho circuito de descarga está adaptado para activarse un número de veces durante períodos cortos mediante impulsos generados a través de un controlador.