ES2877146T3 - Método y dispositivo para controlar la potencia de salida de una turbina eólica - Google Patents

Método y dispositivo para controlar la potencia de salida de una turbina eólica Download PDF

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Abstract

Un método para controlar la potencia de salida en un proceso de modulación de frecuencia primaria de una turbina eólica, que comprende: predecir una velocidad de rotación de la turbina eólica; caracterizado por determinar el tiempo restante de modulación de frecuencia en función de la velocidad de rotación predicha, en donde el tiempo restante de modulación de frecuencia es el tiempo durante el cual la turbina eólica puede continuar emitiendo potencia de modulación de frecuencia como la potencia de salida utilizada para la modulación de frecuencia primaria sin afectar la recuperación de la turbina eólica después de la modulación de frecuencia primaria; y controlar la potencia de salida basándose en el tiempo restante de modulación de frecuencia determinado.

Description

DESCRIPCIÓN
Método y dispositivo para controlar la potencia de salida de una turbina eólica
Campo
La presente divulgación se refiere al campo de la generación de energía eólica, particularmente a un método y a un dispositivo para controlar la potencia de salida en un proceso de modulación de frecuencia primaria de una turbina eólica.
Antecedentes
Baccino Francesco et al. divulgan una técnica de control basada en modelos para proporcionar la contribución de generadores de energía eólica a la regulación de frecuencia primaria en sistemas de energía eléctrica. Cada turbina puede reaccionar a las perturbaciones de la red de forma diferente, que depende de la velocidad del viento vista por la propia turbina eólica y por sus condiciones dinámicas. Se han utilizado datos de viento reales y una gran WF conectada a la red en un entorno de simulación dedicado para probar la eficacia de la estrategia de control propuesta. Véase Baccino Francesco et al., titulado "An Optimal Model-Based Control Technique to Improve Wind Farm Participation to Frequency Regulation", IEEE TRANSACTIONS ON SUSTAINABLE ENERGY, IEEE, EE.UU., vol. 6, n.° 3, 1 julio 2015, páginas 993-1003.
Como un recurso renovable limpio, se presta cada vez más atención a la energía eólica. También está aumentando la capacidad instalada de la turbina eólica. La turbina eólica puede convertir la energía cinética del viento en energía cinética mecánica, y entonces convierte la energía mecánica en energía eléctrica. En el proceso de modulación de frecuencia primaria de la turbina eólica, la potencia de salida de la turbina eólica debe aumentarse durante una duración específica. Después de la modulación de frecuencia primaria, la turbina eólica necesita recuperar la energía cinética del rotor que se libera durante la modulación de frecuencia primaria a un nivel original, y almacenar la energía cinética del rotor nuevamente, lo que resulta en una disminución de potencia. Si la velocidad del viento cae repentinamente durante la modulación de frecuencia primaria, significa que se necesita liberar más energía cinética del rotor para aumentar la potencia de salida, para asegurar la duración especificada, lo que puede resultar en una fuerte disminución de la potencia de salida de la turbina eólica durante un período de recuperación después de la modulación de frecuencia primaria.
Sumario
Se proporciona un método para controlar la potencia de salida en un proceso de modulación de frecuencia primaria de una turbina eólica según un aspecto de la presente divulgación. El método incluye predecir una velocidad de rotación de la turbina eólica; determinar el tiempo restante de modulación de frecuencia en función de la velocidad de rotación predicha, siendo el tiempo restante de modulación de frecuencia el tiempo durante el cual la turbina eólica es capaz de continuar emitiendo potencia de modulación de frecuencia como la potencia de salida utilizada para la modulación de frecuencia primaria sin afectar la recuperación de la turbina eólica después de la modulación de frecuencia primaria; y controlar la potencia de salida basándose en el tiempo restante de modulación de frecuencia determinado.
Se proporciona un dispositivo para controlar la potencia de salida en un proceso de modulación de frecuencia primaria de una turbina eólica según un aspecto de la presente divulgación. El dispositivo incluye una unidad de predicción de la velocidad de rotación configurada para predecir una velocidad de rotación de la turbina eólica; una unidad de predicción de tiempo restante configurada para determinar el tiempo restante de modulación de frecuencia en función de la velocidad de rotación predicha, siendo el tiempo restante de modulación de frecuencia el tiempo durante el cual la turbina eólica es capaz de continuar emitiendo potencia de modulación de frecuencia como la potencia de salida utilizada para la modulación de frecuencia primaria sin afectar la recuperación de la turbina eólica después de la modulación de frecuencia primaria; y una unidad de control configurada para controlar la potencia de salida basándose en el tiempo restante de modulación de frecuencia determinado.
Se proporciona un sistema de control en una turbina eólica según un aspecto de la presente divulgación. El sistema de control incluye un procesador y una memoria que almacena un programa informático que, cuando es ejecutado por el procesador, hace que se lleve a cabo el método descrito anteriormente.
Se proporciona un medio de almacenamiento legible por ordenador que almacena un programa informático de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación. El programa informático, cuando es ejecutado por el procesador, hace que se lleve a cabo el método descrito anteriormente.
El método y el dispositivo para controlar la potencia de salida en un proceso de modulación de frecuencia primaria de una turbina eólica según realizaciones de la presente divulgación ajustan dinámicamente la potencia de salida de la modulación de frecuencia primaria, de modo que la potencia de salida de la turbina eólica pueda aumentarse durante todo el proceso de modulación de frecuencia primaria. Al mismo tiempo, se evita un problema de disminución excesiva de la potencia de salida provocada por la restauración de la energía cinética del rotor durante el período de recuperación de la turbina eólica después de completar la modulación de frecuencia primaria.
Parte de otros aspectos y/o ventajas se describirán a continuación, los otros aspectos y/o ventajas serán claros de acuerdo con la descripción, o se pueden conocer mediante implementaciones de la presente divulgación.
Breve descripción de los dibujos
Los anteriores y otros objetos, características y ventajas serán más claras de acuerdo con las siguientes descripciones detalladas junto con los dibujos, en los que:
La figura 1 es un diagrama de flujo de un método para controlar la potencia de salida en un proceso de modulación de frecuencia primaria de una turbina eólica según una realización de la presente divulgación;
La figura 2 es un diagrama de flujo de un método para determinar el tiempo restante de modulación de frecuencia según una realización de la presente divulgación;
La figura 3 es un diagrama de flujo de un método para controlar la potencia de salida basándose enl tiempo restante de modulación de frecuencia determinado según una realización de la presente divulgación; y
La figura 4 es un diagrama de bloques de un dispositivo para controlar la potencia de salida en un proceso de modulación de frecuencia primaria de una turbina eólica según una realización de la presente divulgación.
Descripción detallada
Las realizaciones de ejemplo de la presente divulgación se describen completamente a continuación junto con los dibujos, y algunas de las realizaciones ejemplo se ilustran en los dibujos.
En un proceso de modulación de frecuencia de una turbina eólica, cuando es necesario aumentar la potencia de salida, la potencia de modulación de frecuencia para la modulación de frecuencia primaria se determina como la potencia de salida. Cuando la turbina eólica genera la potencia de modulación de frecuencia, la potencia de modulación de frecuencia puede controlarse mediante el método de la presente divulgación.
La figura 1 es un diagrama de flujo de un método para controlar la potencia de salida en un proceso de modulación de frecuencia primaria de una turbina eólica según una realización de la presente divulgación.
En la etapa S110, se predice una velocidad de rotación de la turbina eólica.
En una realización de la presente divulgación, la siguiente velocidad de rotación de la turbina eólica en un momento siguiente se predice utilizando una velocidad de rotación de la turbina eólica en un momento actual y una potencia de modulación de frecuencia en el momento actual de forma iterativa. El siguiente momento está separado del momento actual por un paso de tiempo predeterminado. Es decir, se predicen las velocidades de rotación en momentos separados mediante un paso de tiempo predeterminado. Dos momentos correspondientes a dos velocidades de rotación predichas adyacentes están separados por el paso de tiempo predeterminado. Para una situación de predicción de velocidades de rotación de dos momentos adyacentes, los dos momentos están separados por el paso de tiempo predeterminado. Por ejemplo, en dos predicciones adyacentes de velocidades de rotación, se predicen la velocidad de rotación w(n) en el momento actual T(n) y la velocidad de rotación w(n + 1) en el siguiente momento T(n 1). T(n 1) - T(n) es Ts (Ts es el paso de tiempo predeterminado). Por lo tanto, la velocidad de rotación predicha se puede usar para continuar prediciendo su próxima velocidad de rotación.
En una realización de la presente divulgación, una siguiente velocidad de rotación después del paso de tiempo predeterminado se puede predecir en función de la velocidad de rotación en el momento actual, el par mecánico aerodinámico en el momento actual, el par electromagnético del generador en el momento actual relacionado con la potencia de modulación de frecuencia en el momento actual, el paso de tiempo predeterminado y el momento de inercia del rotor.
El par electromagnético del generador en el momento actual es una relación entre la potencia de la modulación de frecuencia en el momento actual y la velocidad de rotación en el momento actual. La siguiente velocidad de rotación predicha después del paso de tiempo predeterminado es una suma de la velocidad de rotación en el momento actual y el resultado de ponderar una diferencia entre el par mecánico aerodinámico en el momento actual y el par electromagnético del generador en el momento actual por un valor de ponderación predeterminado. El valor de ponderación predeterminado es una relación entre el paso de tiempo predeterminado y el momento de inercia del rotor. La predicción de la velocidad de rotación se puede realizar mediante la siguiente ecuación (1):
Ol[n+1]=y ^ Taero[n]-Tgen[n])+ai[n] (1)
dónde w [n 1] es la velocidad de rotación en el momento siguiente, Ts es el paso de tiempo predeterminado, J es el momento de inercia del rotor, Taero[n] es el par mecánico aerodinámico en el momento actual, Tgen[n] es el par electromagnético del generador en el momento actual, w(n) es la velocidad de rotación en el momento actual.
En una realización, el par mecánico aerodinámico en el momento actual Taero[n] y el par electromagnético del generador en el momento actual Tgen[n] se puede determinar en función de la velocidad de rotación en el momento actual w(n). Por ejemplo, se puede determinar con base en las siguientes ecuaciones (2) y (3):
Figure imgf000004_0001
dónde Paumento[n] es la potencia de modulación de frecuencia en el momento actual,
0,5 •p *A C p(A [ r i \ ,p [ r i \ *v3
Taero[n] = w [n ] (3)
dónde p es una densidad de aire, A es un área de barrido de la superficie del impulsor de la turbina eólica, Cp es un coeficiente de energía eólica, Á[n] es una relación de velocidad punta en el momento actual, ¡3[n] es un ángulo de inclinación en el momento actual, v es una velocidad del viento efectiva.
En una realización, la relación de velocidad de la punta en el momento actual y el ángulo de inclinación en el momento actual se pueden determinar basándose en varios esquemas existentes. Por ejemplo, se pueden determinar en función de la velocidad de rotación en el momento actual w(n), que no se repetirá en el presente documento. Se puede entender que las ecuaciones (2) y (3) son solo de ejemplo. El par mecánico aerodinámico en el momento actual Taero[n] y el par electromagnético del generador en el momento actual Tgen[n] puede determinarse basándose en otros esquemas.
En una realización, la velocidad de rotación en el momento actual, el par mecánico aerodinámico de la turbina eólica en el momento actual, y el par electromagnético del generador de la turbina eólica en el momento actual utilizado para predecir la velocidad de rotación después de un primer paso de tiempo predeterminado (aquí, n=1) son valores medidos;
la velocidad de rotación en el momento actual, el par mecánico aerodinámico en el momento actual, y el par electromagnético del generador en el momento actual utilizado para predecir la velocidad de rotación después del uésim° paso de tiempo predeterminado (aquí, n es un número natural mayor que 1) se obtienen basándose en la velocidad de rotación predicha después de un n-l®^™ paso de tiempo predeterminado.
En la etapa S120, el tiempo restante de modulación de frecuencia se determina basándose en la velocidad de rotación predicha. El tiempo restante de modulación de frecuencia es el tiempo durante el cual la turbina eólica puede continuar emitiendo potencia de modulación de frecuencia como la potencia de salida utilizada para la modulación de frecuencia primaria sin afectar la recuperación de la turbina eólica después de la modulación de frecuencia primaria.
Específicamente, se determina si la velocidad de rotación predicha satisface una condición predeterminada cada vez que se predice la velocidad de rotación; el número de pasos de tiempo predeterminados que han pasado (es decir, el número de iteraciones hasta que se ha predicho la velocidad de rotación) se determina cuando cualquiera de las velocidades de rotación predichas satisface la condición predeterminada; y se calcula un producto del número y el paso de tiempo predeterminado como el tiempo restante de modulación de frecuencia.
En una realización, la condición predeterminada es que el par mecánico aerodinámico de la turbina eólica determinado basándose en cualquiera de las velocidades de rotación predichas es mayor que la relación de una potencia de salida más baja ponderada por un factor predeterminado y cualquiera de las velocidades de rotación predichas. La potencia de salida más baja es la potencia de salida mínima permitida en un proceso de recuperación de la turbina eólica después de la modulación de frecuencia primaria. Por ejemplo, la condición se puede expresar como la siguiente inecuación (4):
Figure imgf000004_0002
dónde Taero[n + 1] es el par mecánico aerodinámico de la turbina eólica determinado en función de la velocidad de rotación prevista, w[n + 1] es la velocidad de rotación, y es el factor predeterminado, Prec es la potencia de salida más baja.
Un diagrama de flujo detallado de un ejemplo de determinación del tiempo restante de modulación de frecuencia mediante las etapas S110 y S120 se describirá a continuación basándose en la figura 2.
La figura 2 es un diagrama de flujo que ilustra un método para determinar el tiempo restante de modulación de frecuencia según una realización de la presente divulgación.
En la etapa S210, la velocidad de rotación w (n 1) de la turbina eólica en el momento siguiente T(n 1) se predice en función de la velocidad de rotación w(n) de la turbina eólica en el momento actual T(n).
En la etapa S220, se determina si la velocidad de rotación w(n 1) satisface la condición predeterminada.
Cuando se determina la velocidad de rotación w(n 1) no satisface la condición predeterminada, en la etapa S230, hacer n=n+1, y volver a la etapa S210, para predecir la velocidad de rotación en el momento siguiente utilizando la última velocidad de rotación predicha.
Cuando se determina la velocidad de rotación w(n 1) satisfaga la condición predeterminada, en la etapa S240, se determina una suma de 1 y una diferencia entre un valor actual de n y un valor original de n, para obtener el número m de pasos de tiempo predeterminados que han pasado.
En la etapa S250, un producto del número m y el paso de tiempo predeterminado Ts se calcula, como el tiempo restante de modulación de frecuencia.
Las etapas S110 y S120 se pueden ejecutar periódicamente durante el aumento de potencia de la modulación de frecuencia primaria, para proporcionar los datos de predicción más recientes para las etapas posteriores.
En la etapa S130, la potencia de salida se controla en función del tiempo restante de modulación de frecuencia determinado.
En una realización, la etapa de controlar la potencia de salida basándose enl tiempo restante de modulación de frecuencia determinado incluye detener el aumento de potencia de salida antes de que el tiempo restante de modulación de frecuencia caiga a un valor preestablecido. Por ejemplo, puede detener la modulación de frecuencia primaria o restaurar la potencia de salida de la potencia de modulación de frecuencia a la potencia de salida antes de la modulación de frecuencia primaria. En el presente documento, el valor preestablecido puede tener una duración de tiempo mayor o igual a cero.
En una realización, la etapa de controlar la potencia de salida en función del tiempo restante de modulación de frecuencia determinado incluye ajustar la potencia de modulación de frecuencia, de modo que el tiempo restante de modulación de frecuencia determinado sea lo más cercano posible al tiempo de modulación de frecuencia restante requerido por la modulación de frecuencia primaria. La potencia de modulación de frecuencia se puede ajustar periódicamente en un intervalo de tiempo predeterminado Ten. En una realización, la frecuencia de ajuste de la potencia de modulación de frecuencia puede ser la frecuencia de muestreo del controlador de la turbina eólica, tal como 50 Hz. Aquí, el intervalo de tiempo predeterminado Ten es 1/50 de segundo.
Se hace referencia a la figura 3, que es un diagrama de flujo de un método para controlar la potencia de salida basándose en el tiempo restante de modulación de frecuencia determinado según una realización de la presente divulgación.
Como se muestra en la figura 3, en la etapa S310, se determina si el tiempo restante de modulación de frecuencia determinado Trestante es menor que el tiempo de modulación de frecuencia restante Treq requerido por la modulación de frecuencia primaria.
El tiempo restante de modulación de frecuencia Treq requerido por la modulación de frecuencia primaria se refiere al tiempo requerido para continuar emitiendo la potencia de modulación de frecuencia para completar la modulación de frecuencia primaria.
Si se determina que el tiempo restante de modulación de frecuencia determinado Trestante es menor que el tiempo de modulación de frecuencia restante Treq requerido por la modulación de frecuencia primaria en la etapa S310, en la etapa S320 se establece un valor de potencia menor que la potencia de modulación de frecuencia actual.
En la etapa S330, en caso de que el valor de potencia establecido sea la potencia de modulación de frecuencia, la velocidad de rotación de la turbina eólica se predice nuevamente, el tiempo restante de modulación de frecuencia se determina de nuevo basándose en la velocidad de rotación predicha de nuevo, y luego se vuelve a la etapa 310.
La velocidad de rotación de la turbina eólica se puede predecir de nuevo y el tiempo restante de modulación de frecuencia se puede determinar de nuevo basándose en las etapas S110 y S120. Durante este período, el valor de potencia establecido se toma como la potencia de modulación de frecuencia en el momento actual.
Si se determina que el tiempo restante de modulación de frecuencia determinado es mayor que el tiempo de modulación de frecuencia restante requerido para la modulación de frecuencia primaria en la etapa S310, se establece un valor de potencia mayor que la potencia de modulación de frecuencia actual en la etapa S340, y se vuelve a la etapa 330.
Si se determina que el tiempo restante de modulación de frecuencia determinado es igual al tiempo de modulación de frecuencia restante requerido para la modulación de frecuencia primaria en la etapa S310, el valor de potencia actual se toma como potencia de modulación de frecuencia en la etapa S350.
En una realización, en el método mostrado en la figura 2, una relación de reducción de un valor de potencia establecido por primera vez, que es más pequeña que la potencia de modulación de frecuencia actual, es mayor que la relación de reducción de un valor de potencia establecido después de la primera vez, que también es menor que la potencia de modulación de frecuencia actual; y una relación de aumento de un valor de potencia establecido por primera vez, que es mayor que la potencia de modulación de frecuencia actual, es mayor que una relación de aumento de un valor de potencia establecido después de la primera vez, que también es mayor que la potencia de modulación de frecuencia actual.
Por ejemplo, el valor de potencia establecido por primera vez, que es más pequeña que la potencia de modulación de frecuencia actual Paumento se puede expresar como Paumento x (100 % - A/ter); el valor de potencia establecido después de la primera vez, que también es menor que la potencia de modulación de frecuencia actual se puede expresar como Paumento x (100 % - A/ter / 2). El valor de potencia establecido por primera vez, que es mayor que la potencia de modulación de frecuencia actual se puede expresar como Paumento x (100 % A/ter); el valor de potencia establecido después de la primera vez, que también es mayor que la potencia de modulación de frecuencia actual se puede expresar como Paumento x (100 % A/ter / 2). A/ter es un valor positivo.
Asimismo, cuando el tiempo restante de modulación de frecuencia determinado al final del intervalo de tiempo predeterminado no es igual al tiempo restante de modulación de frecuencia requerido por la modulación de frecuencia primaria, un valor de potencia ajustado por última vez se toma como potencia de modulación de frecuencia.
En una realización, en la presente divulgación, el intervalo de tiempo predeterminado Ten es menor que el paso de tiempo predeterminado Ts. En este caso, no es necesario predecir el tiempo restante de modulación de frecuencia para cada ajuste de la potencia de modulación de frecuencia a lo largo del tiempo, lo que reduce una carga computacional.
La figura 4 es un diagrama de bloques de un dispositivo para controlar la potencia de salida en un proceso de modulación de frecuencia primaria de una turbina eólica según una realización de la presente divulgación.
Como se muestra en la figura 4, el dispositivo 400 para controlar la potencia de salida en un proceso de modulación de frecuencia primaria de una turbina eólica según la realización de la presente divulgación incluye una unidad de predicción de la velocidad de rotación 410, una unidad de predicción de tiempo restante 420 y una unidad de control 430.
La unidad de predicción de la velocidad de rotación 410 está configurada para predecir una velocidad de rotación de la turbina eólica. En una realización de la presente divulgación, la unidad de predicción de velocidad rotacional 410 está configurada para predecir una próxima velocidad rotacional de la turbina eólica en un momento siguiente usando una velocidad rotacional de la turbina eólica en un momento actual y una potencia de modulación de frecuencia en el momento actual de forma iterativa. El siguiente momento está separado del momento actual por un paso de tiempo predeterminado. En una realización, se predicen las velocidades de rotación en momentos separados mediante un paso de tiempo predeterminado. Dos momentos correspondientes a dos velocidades de rotación predichas adyacentes están separados por el paso de tiempo predeterminado. Para una situación de predicción de velocidades de rotación de dos momentos adyacentes, los dos momentos están separados por el paso de tiempo predeterminado. Por ejemplo, en dos predicciones adyacentes de velocidades de rotación, se predicen la velocidad de rotación w(n) en el momento actual T(n) y la velocidad de rotación w(n 1) en el siguiente momento T(n 1). T(n 1) - T(n) es Ts (Ts es el paso de tiempo predeterminado).
En una realización de la presente divulgación, una siguiente velocidad de rotación después del paso de tiempo predeterminado se puede predecir en función de la velocidad de rotación en el momento actual, el par mecánico aerodinámico en el momento actual, el par electromagnético del generador en el momento actual relacionado con la potencia de modulación de frecuencia en el momento actual, el paso de tiempo predeterminado y el momento de inercia del rotor. El par electromagnético del generador en el momento actual es una relación entre la potencia de la modulación de frecuencia en el momento actual y la velocidad de rotación en el momento actual. La siguiente velocidad de rotación predicha después del paso de tiempo predeterminado es una suma de la velocidad de rotación en el momento actual y el resultado de ponderar una diferencia entre el par mecánico aerodinámico en el momento actual y el par electromagnético del generador en el momento actual por una relación del paso de tiempo predeterminado y el momento de inercia del rotor. La predicción de la velocidad de rotación se puede realizar mediante la ecuación (1) anterior.
La unidad de predicción de tiempo restante 120 está configurada para determinar el tiempo restante de modulación de frecuencia basándose en la velocidad de rotación predicha. El tiempo restante de modulación de frecuencia es el tiempo durante el cual la turbina eólica puede continuar emitiendo potencia de modulación de frecuencia como la potencia de salida utilizada para la modulación de frecuencia primaria sin afectar una recuperación de la turbina eólica después de la modulación de frecuencia primaria.
En una realización, la unidad de predicción del tiempo restante 120 está configurada para determinar si la velocidad rotacional predicha satisface una condición predeterminada cada vez que se predice la velocidad rotacional; determinar el número de pasos de tiempo predeterminados que han pasado (es decir, el número de veces de iteraciones hasta que se ha predicho la velocidad de rotación) cuando cualquiera de las velocidades de rotación predichas satisface la condición predeterminada; y calcula un producto del número y el paso de tiempo predeterminado como el tiempo restante de modulación de frecuencia.
En una realización, la condición predeterminada es que el par mecánico aerodinámico de la turbina eólica determinado basándose en cualquiera de las velocidades de rotación predichas es mayor que la relación de una potencia de salida más baja ponderada por un factor predeterminado y cualquiera de las velocidades de rotación predichas. La potencia de salida más baja es la potencia de salida mínima permitida en un proceso de recuperación de la turbina eólica después de la modulación de frecuencia primaria. Por ejemplo, la condición se puede expresar como la inecuación (4) anterior.
En una realización, un ejemplo de determinación del tiempo restante de modulación de frecuencia ilustrado en la figura 2 puede ser ejecutado por la unidad de predicción de la velocidad de rotación 410 junto con la unidad de predicción del tiempo restante 420.
La unidad de control 430 está configurada para controlar la potencia de salida basándose en el tiempo restante de modulación de frecuencia determinado.
En una realización, la unidad de control 430 está configurada para dejar de aumentar la potencia de salida antes de que el tiempo restante de modulación de frecuencia caiga a un valor preestablecido. Por ejemplo, puede detener la modulación de frecuencia primaria o restaurar la potencia de salida de la potencia de modulación de frecuencia a la potencia de salida antes de la modulación de frecuencia primaria. En el presente documento, el valor preestablecido puede tener una duración de tiempo mayor o igual a cero.
En una realización, la unidad de control 430 está configurada para ajustar la potencia de modulación de frecuencia, de modo que el tiempo restante de modulación de frecuencia determinado sea lo más cercano posible al tiempo de modulación de frecuencia restante requerido por la modulación de frecuencia primaria. La potencia de modulación de frecuencia se puede ajustar periódicamente en un intervalo de tiempo predeterminado Ten. Por ejemplo, la unidad de control 430 puede ajustar la potencia de modulación de frecuencia basándose en una forma ilustrada en la figura 3.
Se proporciona un sistema de control en una turbina eólica según una realización de la presente divulgación. El sistema de control incluye un procesador y una memoria. La memoria está configurada para almacenar códigos, instrucciones o programas legibles por ordenador. El método para controlar la potencia de salida en un proceso de modulación de frecuencia primaria de una turbina eólica de acuerdo con las realizaciones de la presente divulgación cuando los códigos, instrucciones o programas, legibles por ordenador se ejecutan por un procesador.
Asimismo, debe entenderse que las unidades del dispositivo según las realizaciones de la presente divulgación pueden implementarse como módulos de hardware y/o módulos de software. Los expertos en la técnica pueden implementar las unidades basándose en los procesos ejecutados por las unidades, por ejemplo, mediante el uso de una matriz de puertas programables en campo (FPGA) o un circuito integrado específico de la aplicación (ASIC).
Asimismo, el método de acuerdo con las realizaciones de la presente divulgación se puede implementar como códigos de ordenador en un medio de almacenamiento legible por ordenador. Los expertos en la técnica pueden implementar los códigos informáticos de acuerdo con la descripción del método anterior. El método anterior de la presente divulgación se puede implementar cuando los códigos de ordenador se ejecutan en un ordenador.
Aunque la presente divulgación se muestra y describe específicamente con referencia a sus realizaciones de ejemplo, los expertos en la materia entenderán que se pueden hacer varios cambios en la forma y detalle a la presente divulgación sin apartarse del principio y del ámbito de la presente divulgación, tal como se define en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Un método para controlar la potencia de salida en un proceso de modulación de frecuencia primaria de una turbina eólica, que comprende:
predecir una velocidad de rotación de la turbina eólica;
caracterizado por
determinar el tiempo restante de modulación de frecuencia en función de la velocidad de rotación predicha, en donde el tiempo restante de modulación de frecuencia es el tiempo durante el cual la turbina eólica puede continuar emitiendo potencia de modulación de frecuencia como la potencia de salida utilizada para la modulación de frecuencia primaria sin afectar la recuperación de la turbina eólica después de la modulación de frecuencia primaria; y
controlar la potencia de salida basándose en el tiempo restante de modulación de frecuencia determinado.
2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que controlar la potencia de salida basándose enl tiempo restante de modulación de frecuencia determinado comprende: detener el aumento de potencia de salida antes de que el tiempo restante de modulación de frecuencia caiga a un valor preestablecido.
3. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la predicción de la velocidad de rotación de la turbina eólica comprende:
predecir una velocidad de rotación de la turbina eólica en un momento siguiente mediante el uso de forma iterativa de una velocidad de rotación de la turbina eólica en un momento actual y una potencia de modulación de frecuencia en el momento actual, en donde el siguiente momento está separado del momento actual por un paso de tiempo predeterminado, y
en donde la determinación del tiempo restante de modulación de frecuencia comprende:
determinar si la velocidad de rotación predicha satisface una condición predeterminada cada vez que se predice la velocidad de rotación;
determinar un número de pasos de tiempo predeterminados que han pasado cuando una de las velocidades de rotación predichas satisface la condición predeterminada; y
calcular un producto del número y el paso de tiempo predeterminado como el tiempo restante de modulación de frecuencia.
4. El método de acuerdo con la reivindicación 3, en el que se predice una velocidad de rotación después del paso de tiempo predeterminado en función de la velocidad de rotación en el momento actual, un par mecánico aerodinámico en el momento actual, el par electromagnético del generador en el momento actual relacionado con la potencia de modulación de frecuencia en el momento actual, el paso de tiempo predeterminado y un momento de inercia del rotor; en donde la velocidad de rotación en el momento actual, el par mecánico aerodinámico de la turbina eólica en el momento actual y el par electromagnético del generador de la turbina eólica en el momento actual usados para predecir la velocidad de rotación después de un primer paso de tiempo predeterminado son valores medidos;
en donde la velocidad de rotación en el momento actual, el par mecánico aerodinámico en el momento actual, y el par electromagnético del generador en el momento actual usados para predecir la velocidad de rotación después de un nésimo paso de tiempo predeterminado se obtienen basándose en una velocidad de rotación predicha después de un n-1ésimo paso de tiempo predeterminado, y, n es un número natural mayor de 1; y
en donde la velocidad de rotación prevista después del paso de tiempo predeterminado es una suma de la velocidad de rotación en el momento actual y el resultado de ponderar una diferencia entre el par mecánico aerodinámico en el momento actual y el par electromagnético del generador en el momento actual mediante un valor de ponderación predeterminado y el valor de ponderación predeterminado es una relación del paso de tiempo predeterminado y el momento de inercia del rotor.
5. El método de acuerdo con la reivindicación 3, en el que la condición predeterminada es que un par mecánico aerodinámico de la turbina eólica determinado basándose en una de las velocidades de rotación predichas es mayor que la relación de una potencia de salida más baja ponderada por un factor predeterminado y la de las velocidades de rotación predichas,
en donde la potencia de salida más baja es una potencia de salida mínima permitida en un proceso de recuperación de la turbina eólica después de la modulación de frecuencia primaria.
6. El método de acuerdo con la reivindicación 3, que comprende además ajustar la potencia de modulación de frecuencia periódicamente en un intervalo de tiempo predeterminado,
en el que el ajuste de la potencia de modulación de frecuencia comprende:
(A1) determinar si el tiempo restante de modulación de frecuencia determinado es menor que el tiempo de modulación de frecuencia restante requerido por la modulación de frecuencia primaria;
(A2) establecer un valor de potencia menor que la potencia de modulación de frecuencia actual si el tiempo restante de modulación de frecuencia determinado es menor que el tiempo de modulación de frecuencia restante requerido por la modulación de frecuencia primaria;
(A3) en caso de que el valor de potencia establecido sea la potencia de modulación de frecuencia, predecir nuevamente la velocidad de rotación de la turbina eólica, determinar de nuevo el tiempo restante de modulación de frecuencia basándose en la velocidad de rotación predicha de nuevo, y volver a la etapa (A1);
(A4) establecer un valor de potencia mayor que la potencia de modulación de frecuencia actual si el tiempo restante de modulación de frecuencia determinado es mayor que el tiempo de modulación de frecuencia restante requerido por la modulación de frecuencia primaria, y volver a la etapa (A3); y
(A5) tomar un valor de potencia actual como la potencia de modulación de frecuencia si el tiempo restante de modulación de frecuencia determinado es igual al tiempo de modulación de frecuencia restante requerido por la modulación de frecuencia primaria.
7. El método de acuerdo con la reivindicación 6, en el que una relación de reducción de un valor de potencia establecido por primera vez, que es más pequeña que la potencia de modulación de frecuencia actual, es mayor que la relación de reducción de un valor de potencia establecido después de la primera vez, que también es menor que la potencia de modulación de frecuencia actual; y una relación de aumento de un valor de potencia establecido por primera vez, que es mayor que la potencia de modulación de frecuencia actual, es mayor que una relación de aumento de un valor de potencia establecido después de la primera vez, que también es mayor que la potencia de modulación de frecuencia actual,
en donde un valor de potencia fijado por última vez se toma como la potencia de modulación de frecuencia cuando el tiempo restante de modulación de frecuencia determinado al final del intervalo de tiempo predeterminado no es igual al tiempo de modulación de frecuencia restante requerido por la modulación de frecuencia primaria; y
en donde el intervalo de tiempo predeterminado es menor que el paso de tiempo predeterminado.
8. Un dispositivo para controlar la potencia de salida en un proceso de modulación de frecuencia primaria de una turbina eólica, que comprende:
una unidad de predicción de velocidad de rotación configurada para predecir una velocidad de rotación de la turbina eólica;
caracterizado por
una unidad de predicción de tiempo restante configurada para determinar el tiempo restante de modulación de frecuencia en función de la velocidad de rotación predicha, en donde el tiempo restante de modulación de frecuencia es el tiempo durante el cual la turbina eólica puede continuar emitiendo potencia de modulación de frecuencia como la potencia de salida utilizada para la modulación de frecuencia primaria sin afectar la recuperación de la turbina eólica después de la modulación de frecuencia primaria; y
una unidad de control configurada para controlar la potencia de salida basándose en el tiempo restante de modulación de frecuencia determinado.
9. El dispositivo de acuerdo con la reivindicación 8, en el que la unidad de control está configurada para dejar de aumentar la potencia de salida antes de que el tiempo restante de modulación de frecuencia caiga a un valor preestablecido.
10. El dispositivo de acuerdo con la reivindicación 8, en el que la unidad de predicción de velocidad de rotación está configurada para predecir una velocidad de rotación de la turbina eólica en un momento siguiente utilizando de forma iterativa una velocidad de rotación de la turbina eólica en un momento actual y una potencia de modulación de frecuencia en el momento actual, y el momento siguiente es separado del momento actual por un paso de tiempo predeterminado; y
la unidad de predicción del tiempo restante está configurada para determinar si la velocidad de rotación predicha satisface una condición predeterminada cada vez que se predice la velocidad de rotación, determinar un número de pasos de tiempo predeterminados que han pasado cuando una de las velocidades de rotación predichas satisface la condición predeterminada, y calcular un producto del número y el paso de tiempo predeterminado como el tiempo restante de modulación de frecuencia.
11. El dispositivo de acuerdo con la reivindicación 10, en el que
la unidad de predicción de la velocidad de rotación está configurada para predecir una siguiente velocidad de rotación después del paso de tiempo predeterminado en función de la velocidad de rotación en el momento actual, un par mecánico aerodinámico en el momento actual, un par electromagnético del generador en el momento actual relacionado con la potencia de modulación de frecuencia en el momento actual, el paso de tiempo predeterminado y un momento de inercia del rotor;
en donde la velocidad de rotación en el momento actual, el par mecánico aerodinámico de la turbina eólica en el momento actual y el par electromagnético del generador de la turbina eólica en el momento actual usados para predecir la velocidad de rotación después de un primer paso de tiempo predeterminado son valores medidos; en donde la velocidad de rotación en el momento actual, el par mecánico aerodinámico en el momento actual, y el par electromagnético del generador en el momento actual usados para predecir la velocidad de rotación después de un nésimo paso de tiempo predeterminado se obtienen basándose en una velocidad de rotación predicha después de un n-1ésimo paso de tiempo predeterminado, y n es un número natural mayor de 1; y
en donde la velocidad de rotación prevista después del paso de tiempo predeterminado es una suma de la velocidad de rotación en el momento actual y el resultado de ponderar una diferencia entre el par mecánico aerodinámico en el momento actual y el par electromagnético del generador en el momento actual mediante un valor de ponderación predeterminado y el valor de ponderación predeterminado es una relación del paso de tiempo predeterminado y el momento de inercia del rotor.
12. El dispositivo de acuerdo con la reivindicación 10, en el que
la condición predeterminada es que un par mecánico aerodinámico de la turbina eólica determinado basándose en una de las velocidades de rotación predichas es mayor que la relación de una potencia de salida más baja ponderada por un factor predeterminado y la de las velocidades de rotación predichas,
en donde la potencia de salida más baja es una potencia de salida mínima permitida en un proceso de recuperación de la turbina eólica después de la modulación de frecuencia primaria.
13. El dispositivo de acuerdo con la reivindicación 10, en el que la unidad de control está configurada para ajustar periódicamente la potencia de modulación de frecuencia en un intervalo de tiempo predeterminado mediante:
(A1) determinar si el tiempo restante de modulación de frecuencia determinado es menor que el tiempo de modulación de frecuencia restante requerido por la modulación de frecuencia primaria;
(A2) establecer un valor de potencia menor que la potencia de modulación de frecuencia actual si el tiempo restante de modulación de frecuencia determinado es menor que el tiempo de modulación de frecuencia restante requerido por la modulación de frecuencia primaria;
(A3) en caso de que el valor de potencia establecido sea la potencia de modulación de frecuencia, predecir nuevamente la velocidad de rotación de la turbina eólica, determinar de nuevo el tiempo restante de modulación de frecuencia basándose en la velocidad de rotación predicha de nuevo, y volver a la etapa (A1);
(A4) establecer un valor de potencia mayor que la potencia de modulación de frecuencia actual si el tiempo restante de modulación de frecuencia determinado es mayor que el tiempo de modulación de frecuencia restante requerido por la modulación de frecuencia primaria, y volver a la etapa (A3); y
(A5) tomar un valor de potencia actual como la potencia de modulación de frecuencia si el tiempo restante de modulación de frecuencia determinado es igual al tiempo de modulación de frecuencia restante requerido por la modulación de frecuencia primaria.
14. El dispositivo de acuerdo con la reivindicación 13, en el que una relación de reducción de un valor de potencia establecido por primera vez, que es más pequeña que la potencia de modulación de frecuencia actual, es mayor que la relación de reducción de un valor de potencia establecido después de la primera vez, que también es menor que la potencia de modulación de frecuencia actual; y una relación de aumento de un valor de potencia establecido por primera vez, que es mayor que la potencia de modulación de frecuencia actual, es mayor que una relación de aumento de un valor de potencia establecido después de la primera vez, que también es mayor que la potencia de modulación de frecuencia actual;
en el que la unidad de control está configurada para tomar un valor de potencia establecido por última vez como la potencia de modulación de frecuencia cuando el tiempo restante de modulación de frecuencia determinado al final del intervalo de tiempo predeterminado no es igual al tiempo de modulación de frecuencia restante requerido por la modulación de frecuencia primaria, y
en el que el intervalo de tiempo predeterminado es menor que el paso de tiempo predeterminado.
15. Un sistema de control en una turbina eólica, en el que el sistema de control comprende:
un procesador; y
una memoria que almacena un programa informático que, cuando es ejecutado por el procesador, hace que el método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 sea ejecutado.
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