ES2920686T3 - Conexión para mejorar el equilibrio de corriente en un convertidor de potencia de puente paralelo - Google Patents
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Abstract
Un sistema de generación de energía 200 puede incluir un generador 220 y un convertidor de potencia 262 acoplado al generador 220. El convertidor de potencia 262 puede incluir una pluralidad de circuitos de puente 210 acoplados en paralelo. Cada circuito de puente 210 puede acoplarse a un inductor 240. Además, el convertidor de potencia 262 puede incluir una pluralidad de dispositivos de cortocircuito paralelos 244. Los dispositivos de cortocircuito 244 pueden estar acoplados a los circuitos del puente 210 de tal manera que una impedancia de los inductores 240 es acoplado efectivamente entre los dispositivos de cortocircuito 244 y el generador 220. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Conexión para mejorar el equilibrio de corriente en un convertidor de potencia de puente paralelo
[0001] La presente materia se refiere en general a los convertidores de potencia y, más particularmente, a una conexión para mejorar el equilibrio de corriente en contactores en paralelo para un convertidor de potencia de puente paralelo, como un convertidor de potencia DFIG no intercalado.
[0002] Los sistemas de generación de energía suelen incluir un convertidor de potencia que está configurado para convertir una potencia de entrada en una potencia adecuada para su aplicación a una carga, como un generador, un motor, una red eléctrica u otra carga adecuada. Por ejemplo, un sistema de generación de energía, como un sistema de turbina eólica, puede incluir un convertidor de potencia para convertir la potencia de corriente alterna de frecuencia variable generada en el generador en potencia de corriente alterna a una frecuencia de red (por ejemplo, 50 Hz o 60 Hz) para su aplicación a una red eléctrica. Un sistema de generación de energía a modo de ejemplo puede generar potencia de CA utilizando un generador de inducción doblemente alimentado impulsado por el viento (DFIG). Un convertidor de potencia puede regular el flujo de potencia eléctrica entre el DFIG y la red.
[0003] Por ejemplo, los documentos US 2013/027003 A1 y EP 1796 254 A2 describen un sistema de generador de inducción doblemente alimentado y un método de autocomprobación del circuito de palanca (“crowbar circuit”) activo del mismo, y un generador de inducción doblemente alimentado con un sistema convertidor de potencia acoplado a una turbina eólica, respectivamente. El sistema convertidor de potencia de EP 1796 254 A2 puede incluir un sistema convertidor de lado generador y un sistema convertidor de lado carga, en el que el sistema convertidor de lado generador puede incluir puentes de generador acoplados en paralelo por los respectivos combinadores de forma de onda de lado generador.
[0004] Además, el documento US 2006/214428 A1 describe una central eléctrica eólica que incluye un rotor dotado de al menos una pala y que está conectado directa o indirectamente a un generador para la generación de potencia, y que además incluye un conjunto eléctrico formado por diferentes subconjuntos eléctricos. En particular, un subconjunto de convertidores de la central eléctrica puede incluir un módulo de funcionamiento que comprenda los siguientes elementos/componentes: un elemento de seguridad de lado generador (por ejemplo, una protección de palanca, una protección contra rayos y/o contra exceso de tensión), un elemento de medición de la corriente, un filtro de lado generador, un rectificador de CA de lado generador, un inversor de CC de lado red, una bobina de choque de red ("network choke”), un elemento de medición de corriente de lado red, un filtro de lado red y un elemento de seguridad de lado red, en el que el rectificador de CA de lado generador y el inversor de CC de lado red están conectados a través de un circuito intermedio de tensión de CC.
[0005] En determinadas condiciones (por ejemplo, condiciones de potencia transitoria), existe un desajuste de alta potencia entre el rotor y la conexión a la red de forma temporal y los transitorios de tensión se amplifican de forma que el nivel de tensión del enlace de CC puede aumentar por encima de los niveles normales permitidos o nominales. Para absorber o desviar la potencia durante esas condiciones de nivel de potencia excesivo, los sistemas conocidos utilizan un medio de cortocircuito de acción rápida, como un circuito de palanca, entre los terminales del rotor del DFIG y el convertidor del rotor. En funcionamiento, estos dispositivos de cortocircuito proporcionan un cortocircuito en los terminales del rotor para evitar que el exceso de potencia fluya hacia el convertidor del rotor.
[0006] Por ejemplo, las FIGS. 1 y 2 ilustran diagramas esquemáticos de un sistema DFIG convencional 10 que incluye un convertidor de potencia 12 y un circuito de palanca 14. En concreto, la FIG. 1 ilustra una fase del convertidor de potencia 12 y la FIG. 2 ilustra la conexión trifásica del circuito de palanca 14. Como se muestra, el convertidor de potencia 12 está acoplado a un rotor 16 del DFIG (no mostrado). El convertidor de potencia 12 es un convertidor de dos etapas que incluye un convertidor de lado rotor 18 y un convertidor de lado línea 20 acoplados por un enlace de CC 22. Cada convertidor 18, 20 incluye un circuito de puente 24 para cada fase, con cada circuito de puente 24 incluyendo una pluralidad de elementos de conmutación (por ejemplo, un par de IGBTs 26 acoplados en serie). El convertidor de potencia 12 también puede incluir un elemento inductivo 28 acoplado en serie con la línea de puente de cada circuito de puente 24 del convertidor de lado rotor 18.
[0007] Como se muestra particularmente en la FIG. 2, el circuito de palanca 14 se implementa utilizando contactores de palanca ("crowbar oontaotors”) 30 conectados a través del rotor 16 del DFIG. Específicamente, los contactores 30 están conectados de línea a línea de manera que los elementos inductivos 28 están acoplados entre los contactores 30 y los circuitos de puente 24 del convertidor de lado rotor 18. Como se entiende generalmente, los contactores 30 están configurados para estar normalmente cerrados de modo que el rotor 16 esté en cortocircuito hasta que se verifique que existen niveles normales de potencia dentro del sistema 10. Una vez verificados los niveles normales de potencia, los contactores 30 se abren para permitir que la potencia fluya hacia el convertidor de lado rotor 18.
[0008] A medida que los niveles de potencia de los sistemas DFIG han ido aumentando con el tiempo, se ha hecho necesario conectar los circuitos de puente del convertidor de lado rotor en paralelo. Por ejemplo, la FIG. 3 ilustra el sistema DFIG 10 mostrado en la FIG. 1 con el convertidor de lado rotor 18 configurado como un convertidor de puente en paralelo. Como se muestra en la FIG. 3, el convertidor de lado rotor 18 incluye un primer circuito de puente 24a y un segundo circuito de puente 24b acoplados en paralelo para cada fase, y cada circuito de puente 24a, 24b incluye una pluralidad de elementos de conmutación (por ejemplo, un par de IGBTs 26 acoplados en serie). Además, cada circuito de puente 24a, 24b tiene una línea de puente acoplada al circuito de palanca 14 a través de un elemento inductivo 28. De forma similar a lo descrito anteriormente con referencia a las FIGS. 1 y 2, el circuito de palanca 14 se implementa típicamente con contactores de palanca acoplados línea a línea entre los elementos inductivos 28 y el rotor 16 del DFIG.
[0009] Además de conectar los circuitos de puente del convertidor de lado rotor en paralelo, el aumento de los niveles de potencia de los sistemas DFIG también ha hecho necesaria la utilización de contactores de cortocircuito más grandes que están preparados para funcionar a corrientes más altas. Como resultado, el coste global de los convertidores de potencia se ha incrementado. Además, a menudo no se dispone de contactores de cortocircuito lo suficientemente grandes como para gestionar las corrientes incrementadas.
[0010] En consecuencia, es deseable proporcionar un sistema de generación de potencia, como un sistema DFIG, que incluya contactores conectados en paralelo, aliviando así la necesidad de contactores más grandes y costosos. Además, dado que los contactores en paralelo pueden provocar desequilibrios de corriente, es deseable que el convertidor de potencia incluya un medio adecuado para equilibrar la corriente dentro de los contactores en paralelo.
[0011] Los aspectos y las ventajas de la invención se expondrán en parte en la siguiente descripción, o pueden ser obvios a partir de la descripción, o pueden aprenderse mediante la práctica de la invención.
[0012] En un aspecto, la presente materia está dirigida a un sistema de generación de potencia. El sistema de generación de potencia puede incluir un generador y un convertidor de potencia acoplado al generador a través de un bus de rotor. El convertidor de potencia incluye un convertidor de lado rotor, un enlace de CC y un convertidor de lado línea. El convertidor de lado rotor incluye una pluralidad de circuitos de puente acoplados en paralelo entre dos líneas del enlace de CC. Cada circuito de puente incluye una línea de puente que se acopla a través de un inductor de rotor al bus de rotor. Además, el convertidor de potencia incluye una pluralidad de dispositivos de cortocircuito en paralelo. Los dispositivos de cortocircuito están acoplados eléctricamente a las líneas de puente de los dos circuitos de puente, de manera que una impedancia de los inductores del rotor está efectivamente acoplada entre los dispositivos de cortocircuito y el generador.
[0013] En un ejemplo, se proporciona un sistema de generación de potencia. El sistema de generación de potencia puede incluir un generador de inducción doblemente alimentado y un convertidor de potencia acoplado al generador de inducción doblemente alimentado. El convertidor de potencia puede incluir un convertidor de lado rotor y un convertidor de lado línea. El convertidor de lado rotor puede incluir una pluralidad de circuitos de puente acoplados en paralelo. Cada circuito puente puede estar acoplado a un inductor. Además, el convertidor de lado rotor puede incluir una pluralidad de dispositivos de cortocircuito en paralelo. Los dispositivos de cortocircuito pueden estar acoplados a los circuitos de puente de manera que una impedancia de los inductores se acople efectivamente entre los dispositivos de cortocircuito y el rotor del generador de inducción doblemente alimentado.
[0014] En otro ejemplo, se proporciona un método para el montaje de un sistema de generación de potencia. En general, el método puede incluir el acoplamiento de un convertidor de potencia a un generador. El convertidor de potencia puede incluir una pluralidad de circuitos de puente acoplados en paralelo y una pluralidad de dispositivos de cortocircuito en paralelo acoplados a los circuitos de puente. Cada circuito de puente puede estar también acoplado a un inductor del rotor. Además, el método puede incluir el acoplamiento efectivo de una impedancia de los inductores del rotor entre los dispositivos de cortocircuito y el generador.
[0015] Varias características, aspectos y ventajas de la presente invención se entenderán mejor con referencia a la siguiente descripción y a las reivindicaciones adjuntas. Los dibujos adjuntos, que se incorporan a esta descripción y forman parte de ella, ilustran realizaciones de la invención y, junto con la descripción, sirven para explicar los principios de la misma. En los dibujos:
La FIG. 1 ilustra un diagrama esquemático de un sistema DFIG convencional que incluye un convertidor de potencia y un circuito de palanca;
La FIG. 2 ilustra un diagrama esquemático de la conexión trifásica del circuito de palanca mostrado en la FIG. 1;
La FIG. 3 ilustra una variación del sistema DFIG convencional mostrado en la FIG. 1, ilustrando en particular el convertidor de potencia que incluye un convertidor de lado rotor con circuitos de puente en paralelo;
La FIG. 4 ilustra una vista en perspectiva de una realización de una turbina eólica;
La FIG. 5 ilustra un diagrama esquemático de una realización de un sistema de turbina eólica DFIG de acuerdo con aspectos de la presente materia;
La FIG. 6 ilustra un diagrama esquemático de una realización de un convertidor de potencia adecuado para su uso con el sistema de turbina eólica DFIG mostrado en la FIG. 5;
La FIG. 7 ilustra un diagrama esquemático de los circuitos de puente en paralelo utilizados en el convertidor de lado rotor del convertidor de potencia mostrado en la FIG. 6, ilustrando particularmente los dispositivos de cortocircuito de un circuito de palanca que se acopla entre cada circuito de puente y su correspondiente inductor del rotor;
La FIG. 8 ilustra un diagrama esquemático detallado de la conexión trifásica de los dispositivos de cortocircuito mostrados en la FIG. 7;
La FIG. 9 ilustra un diagrama esquemático de otra realización del convertidor de lado rotor mostrado en la FIG. 7, ilustrando particularmente los dispositivos de cortocircuito acoplados entre los inductores separados del rotor; y
La FIG. 10 ilustra un diagrama de flujo de una realización de un método para operar un sistema de generación de potencia.
[0016] Ahora se hará referencia en detalle a las realizaciones de la invención, uno o más ejemplos de las cuales se ilustran en los dibujos.
[0017] En general, la presente materia está dirigida a sistemas y métodos para operar un sistema de generación de potencia, como un sistema de turbina eólica con generador de inducción doblemente alimentado (DFIG). En particular, la presente materia se dirige a una conexión para mejorar el equilibrio de la corriente en los dispositivos de cortocircuito en paralelo de un convertidor de potencia DFIG de puente paralelo. En concreto, en varias realizaciones, el convertidor de lado rotor del convertidor de potencia puede incluir una pluralidad de circuitos de puente acoplados en paralelo, estando cada circuito de puente en paralelo acoplado a un inductor del rotor. Además, una pluralidad de dispositivos de cortocircuito en paralelo (por ejemplo, contactores de palanca) pueden estar acoplados entre los circuitos de puente y los inductores del rotor, de manera que la impedancia de los inductores se acopla efectivamente entre los dispositivos de cortocircuito y el rotor del DFIG. Como resultado, la impedancia de los inductores del rotor puede utilizarse para equilibrar la corriente en los dispositivos de cortocircuito.
[0018] Debe apreciarse que pueden proporcionarse numerosas ventajas configurando un convertidor de potencia como se describe en el presente documento. Específicamente, mediante el uso de dispositivos de cortocircuito en paralelo, se pueden acomodar los mayores niveles de potencia asociados a los convertidores de potencia DFIG de puente paralelo sin necesidad de utilizar dispositivos de cortocircuito muy grandes y costosos. Además, la mejora del equilibrio de la corriente conseguida mediante el acoplamiento de los dispositivos de cortocircuito en paralelo entre los circuitos del puente y sus correspondientes inductores de rotor puede mejorar en general el funcionamiento del convertidor de potencia al permitir que los dispositivos de cortocircuito funcionen más cerca de su capacidad. Como resultado, esto proporcionará un sistema de convertidor más fiable, con más capacidad de corriente de salida y una mejor coordinación con la protección aguas arriba.
[0019] Refiriéndonos ahora a los dibujos, la FIG. 4 ilustra una vista en perspectiva de una realización de una turbina eólica 100. Como se muestra, la turbina eólica 100 incluye generalmente una torre 102 que se extiende desde una superficie de apoyo 104, una góndola 106 montada en la torre 102, y un rotor 108 acoplado a la góndola 106. El rotor 108 incluye un buje giratorio 110 y al menos una pala del rotor 112 acoplada y que se extiende hacia el exterior desde el buje 110. Por ejemplo, en la realización ilustrada, el rotor 108 incluye tres palas de rotor 112. Sin embargo, en una realización alternativa, el rotor 108 puede incluir más o menos de tres palas 112. Cada pala del rotor 112 puede estar espaciada alrededor del buje 110 para facilitar la rotación del rotor 108 y permitir que la energía cinética se transfiera del viento a energía mecánica utilizable y, posteriormente, a energía eléctrica. Por ejemplo, como se describirá más adelante, el rotor 108 puede estar acoplado de forma giratoria a un generador eléctrico 220 (FIG. 5) para permitir la producción de energía eléctrica.
[0020] Refiriéndonos ahora a la FIG. 5, se ilustra un diagrama esquemático de una realización de un sistema de turbina eólica DFIG de acuerdo con aspectos de la presente materia. Debe apreciarse que la presente
materia se describirá generalmente en este documento con referencia al sistema 200 mostrado en la FIG.
5. Sin embargo, los expertos en la materia que utilicen la información que aquí se proporciona deberán entender que algunos aspectos de la presente divulgación también pueden ser aplicables a otros sistemas de generación de potencia.
[0021] Como se muestra, el rotor 108 de la turbina eólica 100 (FIG. 4) puede, opcionalmente, estar acoplado a una caja de engranajes 218, que está, a su vez, acoplada a un generador 220. De acuerdo con aspectos de la presente divulgación, el generador 220 es un generador de inducción doblemente alimentado (DFIG).
[0022] Como se muestra, el DFIG 220 puede estar acoplado a un bus de estator 254 y a un convertidor de potencia 262 a través de un bus de rotor 256. El bus de estator 254 puede proporcionar una potencia multifásica de salida (por ejemplo, potencia trifásica) desde un estator de DFIG 220 y el bus de rotor 256 puede proporcionar una potencia multifásica de salida (por ejemplo, potencia trifásica) desde un rotor de DFIG 120. Como se muestra en la FIG 5, el convertidor de potencia 262 incluye un convertidor de lado rotor 266 y un convertidor de lado línea 268. El DFIG 220 puede estar acoplado a través del bus de rotor 256 al convertidor de lado rotor 266. Además, el convertidor de lado rotor 266 puede estar acoplado al convertidor de lado línea 268 que, a su vez, puede estar acoplado a un bus de lado línea 288.
[0023] En varias realizaciones, el convertidor de lado rotor 266 y el convertidor de lado línea 128 pueden estar configurados para el modo de operación normal en una disposición trifásica de modulación por ancho de pulso (PWM) utilizando elementos de conmutación de transistores bipolares de puerta aislada (IGBT), como se discutirá con más detalle con respecto a la FIG. 6. El convertidor de lado rotor 266 y el convertidor de lado línea 268 pueden estar acoplados a través de un enlace de CC 236, a través del cual hay un condensador de enlace de CC 238.
[0024] Además, el convertidor de potencia 262 puede estar acoplado a un controlador 274 para controlar la operación del convertidor de lado rotor 266 y del convertidor de lado línea 268. Cabe señalar que el controlador 274 puede, en varias realizaciones, estar configurado como una interfaz entre el convertidor de potencia 262 y un sistema de control 276. El controlador 274 puede incluir cualquier número de dispositivos de control. En una realización, el controlador 274 puede incluir un dispositivo de procesamiento (por ejemplo, un microprocesador, un microcontrolador, etc.) que ejecuta instrucciones legibles por ordenador almacenadas en un medio legible por ordenador. Las instrucciones, al ser ejecutadas por el dispositivo de procesamiento, pueden hacer que éste realice operaciones, entre ellas proporcionar órdenes de control a los elementos de conmutación y/o a los dispositivos de cortocircuito del convertidor de potencia 262.
[0025] En las configuraciones típicas, también pueden incluirse varios contactores de línea y disyuntores, incluyendo, por ejemplo, un disyuntor de red 282, para aislar los diversos componentes según sea necesario para la operación normal del DFIG 220 durante la conexión y desconexión de la red eléctrica 284. Por ejemplo, un disyuntor del sistema 278 puede acoplar el bus del sistema 260 a un transformador 280, que puede estar acoplado a la red eléctrica 284 a través del disyuntor de red 282. En realizaciones alternativas, fusibles pueden sustituir a algunos o a todos los disyuntores.
[0026] En operación, la potencia de corriente alterna generada en el DFIG 220 mediante la rotación del rotor 108 se suministra a través de un camino dual a la red eléctrica 284. Los caminos duales están definidos por el bus de estator 254 y el bus de rotor 256. En el lado del bus de rotor 256, se suministra potencia de corriente alterna (CA) multifásica sinusoidal (por ejemplo, trifásica) al convertidor de potencia 262. El convertidor de potencia de lado rotor 266 convierte la potencia de CA suministrada desde el bus de rotor 256 en potencia de corriente continua (CC) y proporciona la potencia de CC al enlace de CC 236. Como se entiende generalmente, los elementos de conmutación (por ejemplo, los IGBT) utilizados en los circuitos de puente del convertidor de potencia de lado rotor 266 se pueden modular para convertir la potencia de CA suministrada desde el bus de rotor 256 en potencia de CC adecuada para el enlace de CC 236.
[0027] Además, el convertidor de lado línea 268 convierte la potencia de CC en el enlace de CC 236 en potencia de salida de CA adecuada para la red eléctrica 284. En particular, los elementos de conmutación (por ejemplo, los IGBT) utilizados en los circuitos de puente del convertidor de potencia de lado línea 268 se pueden modular para convertir la potencia de CC en el enlace de CC 236 en potencia de CA en el bus de lado línea 288. La potencia de CA del convertidor de potencia 262 puede combinarse con la potencia del estator del DFIG 220 para proporcionar una potencia polifásica (por ejemplo, trifásica) que tenga una frecuencia mantenida sustancialmente en la frecuencia de la red eléctrica 284 (por ejemplo, 50 Hz o 60 Hz).
[0028] Además, en el sistema 200 pueden incluirse varios disyuntores y conmutadores, como el disyuntor de red 282, el disyuntor de sistema 278, el interruptor de sincronización de estator 258, el disyuntor de convertidor 286 y el contactor de línea 272 para conectar o desconectar los buses correspondientes, por ejemplo, cuando el flujo de corriente es excesivo y puede dañar los componentes del sistema de la turbina eólica 100 o por otras consideraciones operativas. También pueden incluirse en el sistema de la turbina eólica 200 otros componentes de protección, como el circuito de palanca que se describe a continuación.
[0029] Además, el convertidor de potencia 262 puede recibir señales de control de, por ejemplo, el sistema de control 276 a través del controlador 274. Las señales de control pueden basarse, entre otras cosas, en las condiciones detectadas o en las características de operación del sistema de turbina eólica 200. Normalmente, las señales de control permiten controlar la operación del convertidor de potencia 262. Por ejemplo, la retroalimentación en forma de velocidad detectada del DFIG 220 puede utilizarse para controlar la conversión de la potencia de salida del bus de rotor 256 para mantener un suministro de potencia multifásico (por ejemplo, trifásico) adecuado y equilibrado. El controlador 274 también puede utilizar otra información de retorno procedente de otros sensores para controlar el convertidor de potencia 262, incluyendo, por ejemplo, las tensiones del estator y del bus de rotor y la retroalimentación de la corriente. Utilizando las diversas formas de información de retroalimentación, pueden generarse señales de control de conmutación (por ejemplo, comandos de sincronización de compuertas para los IGBT), señales de control de cortocircuito, señales de control de sincronización del estator y señales de interrupción del circuito.
[0030] Refiriéndonos ahora a la FIG. 6, se ilustra un diagrama esquemático de una realización del convertidor de potencia 262 mostrado en la FIG. 5 de acuerdo con aspectos de la presente materia. Como se muestra, el convertidor de lado rotor 266 incluye una pluralidad de circuitos de puente (por ejemplo, circuitos de puente H) acoplados en paralelo. Más concretamente, cada fase del bus de rotor 256 de entrada al convertidor de lado rotor 266 está acoplada a dos circuitos de puente. Por ejemplo, la entrada AO al convertidor de lado rotor 266 está acoplada a los circuitos de puente 210 y 220 acoplados en paralelo. El uso de circuitos puente en paralelo puede aumentar la capacidad de salida del convertidor de potencia 262.
[0031] El convertidor de lado línea 268 también puede incluir una pluralidad de circuitos de puente. En particular, el convertidor de lado línea 268 incluye un único circuito de puente para cada fase de salida del convertidor de línea 268. En la FIG. 6, sólo se ilustra el convertidor de lado rotor 266 con circuitos de puente paralelos. Los expertos en la materia que utilicen la información proporcionada en el presente documento deberían entender que tanto el convertidor de lado línea 268 como el convertidor de lado rotor 266 pueden incluir circuitos de puente en paralelo sin desviarse del alcance de la presente divulgación.
[0032] Cada circuito de puente incluye una pluralidad de elementos de conmutación (por ejemplo, IGBTs) acoplados en serie entre sí. Por ejemplo, cada circuito de puente incluye un IGBT superior (por ejemplo, el IGBT 212) y un IGBT inferior (por ejemplo, el IGBT 214). Un diodo se acopla en paralelo con cada uno de los IGBT. El convertidor de lado línea 268 y el convertidor de lado rotor 266 se controlan, por ejemplo, proporcionando órdenes de control, mediante un circuito controlador adecuado, a las puertas de los IGBT. Por ejemplo, el controlador 274 puede proporcionar órdenes de control adecuadas a las compuertas de los IGBT de los circuitos de puente. Los comandos de control pueden controlar la modulación por ancho de pulso de los IGBT para proporcionar una salida deseada. En una realización, los circuitos de puente paralelo, como los circuitos de puente paralelo 210 y 220, pueden controlarse según un patrón de conmutación sustancialmente no intercalado, de manera que los elementos de conmutación de los circuitos de puente paralelo se conmutan en fase entre sí. Por ejemplo, los IGBT superiores de los circuitos de puente paralelo pueden conmutarse en fase entre sí y los IGBT inferiores de los circuitos de puente paralelo pueden conmutarse en fase entre sí. En otras realizaciones, los circuitos de puente paralelo pueden controlarse según cualquier otro patrón de conmutación adecuado. Los expertos en la materia apreciarán que pueden utilizarse otros elementos de conmutación adecuados en lugar de los IGBT.
[0033] Además, como se muestra en la FIG. 6, una pluralidad de inductores de rotor 240 pueden acoplarse en serie con las salidas de puente de cada uno de la pluralidad de circuitos de puente del convertidor de lado rotor 266. En particular, los inductores de rotor 240 pueden acoplarse en serie con las salidas de puente de los circuitos de puente antes de que las salidas de puente se conecten en paralelo para proporcionar los circuitos de puente en paralelo. Como resultado, los inductores de rotor 240 están efectivamente acoplados entre los circuitos de puente en paralelo. Los inductores de rotor 240 pueden ser, en general, cualquier elemento inductivo adecuado, como elementos que incluyan bobinas de conductor y/o núcleos de hierro. Por ejemplo, los inductores de rotor 240 pueden ser tan simples como longitudes de cable, que naturalmente incluyen inductancia y resistencia.
[0034] Además, como se muestra en la FIG. 7, el convertidor de potencia 262 puede incluir también un circuito de palanca 242 configurado para proporcionar un cortocircuito que impida que el exceso de potencia fluya hacia el convertidor de lado rotor 266. Como se describirá más adelante, el circuito de palanca 242 puede implementarse utilizando una pluralidad de dispositivos de cortocircuito en paralelo 244 (FIGS. 6 y 7) acoplados entre los inductores del rotor 240 y los circuitos de puente del convertidor de lado rotor 266, lo que puede permitir utilizar la impedancia de los inductores del rotor 240 para equilibrar la corriente en los dispositivos de cortocircuito 244.
[0035] Refiriéndose ahora a la FIG. 7, se ilustra un diagrama esquemático de los circuitos de puente en paralelo a modo de ejemplo 210 y 220 utilizados en el convertidor de lado rotor 266 de acuerdo con aspectos de la presente materia. Los circuitos de puente en paralelo están asociados a una sola fase del convertidor
de lado rotor 266, como la AO del convertidor de lado rotor 266. Como se muestra, un primer circuito de puente 210 que incluye un IGBT superior 212 y un IGBT inferior 214 está acoplado en paralelo con un segundo circuito de puente 220 que incluye un IGBT superior 212 y un IGBT inferior 224. Como se entiende generalmente, los circuitos de puente 210, 220 pueden estar acoplados a uno o más circuitos conductores configurados para proporcionar señales de accionamiento de puerta a los IGBT. Además, el primer circuito de puente 210 y el segundo circuito de puente 220 pueden tener cada uno una línea de puente 246 acoplada al bus de rotor 256 a través de los respectivos inductores de rotor 240.
[0036] Además, como se muestra en la FIG. 7, los dispositivos de cortocircuito en paralelo 244 pueden estar acoplados entre los circuitos de puente 210, 220 y los inductores de rotor 240. En general, los dispositivos de cortocircuito 244 pueden estar configurados para estar normalmente cerrados como medida de seguridad para evitar el flujo de una potencia excesiva a los circuitos de puente 210, 220. La retroalimentación asociada a los niveles de potencia dentro del sistema 200 puede transmitirse continuamente al controlador 274. Una vez que se confirme que las condiciones dentro del sistema 200 son adecuadas, el controlador 274 puede entonces transmitir señales de control para abrir los dispositivos de cortocircuito 244 y, así, permitir que se transmita potencia a los circuitos de puente 210, 220.
[0037] La FIG. 8 ilustra un diagrama esquemático detallado de la conexión trifásica para los dispositivos de cortocircuito en paralelo 244. Como se muestra, cada dispositivo de cortocircuito 244 está acoplado eléctricamente a las líneas de puente 246 de los circuitos de puente 210, 220 a través de dos fases del convertidor de entrada al lado de rotor 266, de manera que los inductores de rotor 240 están situados entre los dispositivos de cortocircuito 244 y el rotor del DFIG 220. En otras palabras, los dispositivos de cortocircuito 244 están acoplados a los circuitos de puente 210, 220 de manera que la impedancia de los inductores 240 se acopla efectivamente entre los dispositivos de cortocircuito 244 y el DFIG. 220. Como tal, la impedancia de los inductores de rotor 240 puede utilizarse para equilibrar la corriente en los dispositivos de cortocircuito en paralelo 244. Específicamente, la impedancia puede proporcionar una caída de tensión a altas corrientes que es significativamente mayor que la caída de tensión debida a las resistencias de los dispositivos de cortocircuito 244, con lo que se sobrepasa eficazmente la impedancia total que hace que la corriente se reparta entre los dispositivos de cortocircuito en paralelo 244. Esto hace que la corriente que fluye en cada uno de los dispositivos de cortocircuito 244 esté sustancialmente determinada por la impedancia de los inductores 240. Así, seleccionando inductores diseñados con estrechas tolerancias de fabricación que tengan la misma o sustancialmente la misma impedancia (tanto real como reactiva), la corriente en los dispositivos de cortocircuito 244 puede estar efectivamente equilibrada. Debe apreciarse que, tal y como se utiliza en este documento, los inductores tienen sustancialmente la misma impedancia si sus impedancias están dentro de un 10% entre sí, como por ejemplo dentro de un 5% entre sí o dentro de un 2,5% entre sí y cualquier otro subrango entre ellos.
[0038] Debe apreciarse que el circuito de palanca 242 divulgado puede implementarse utilizando cualquier dispositivo de cortocircuito adecuado conocido en la materia. Por ejemplo, en varias realizaciones, los dispositivos de cortocircuito 244 pueden ser contactores de cortocircuito o de palanca. En otras realizaciones, los dispositivos de cortocircuito pueden ser cualquier otro dispositivo/elemento adecuado capaz de proporcionar la funcionalidad descrita en el presente documento, como IGBTs, transistores, tiristores, y/o similares.
[0039] También debe apreciarse que la presente materia no tiene por qué limitarse a ninguna configuración particular de la conexión eléctrica de los dispositivos de cortocircuito 244. Por ejemplo, en la realización ilustrada, la conexión se muestra como una conexión de línea a línea (delta). Sin embargo, en otras realizaciones, la conexión puede ser una conexión de línea a punto medio (en estrella).
[0040] Refiriéndose ahora a la FIG. 9, se ilustra una variación del convertidor de lado rotor 266 mostrado en la FIG. 7 de acuerdo con aspectos de la presente materia. Como se muestra, en varias realizaciones, cada circuito de puente 210, 220 puede estar acoplado en serie a dos inductores de rotor 240a, 240b, estando los dispositivos de cortocircuito 244 acoplados entre los inductores 240a, 240b. En concreto, un primer inductor 240a puede estar acoplado entre el DFIG 220 y los dispositivos de cortocircuito 244 y un segundo inductor 240b puede estar acoplado entre los dispositivos de cortocircuito 244 y cada circuito de puente 210, 220, proporcionando así cierta impedancia a lo largo de ambos lados de los dispositivos de cortocircuito 244. Como alternativa a la inclusión de dos inductores separados, puede acoplarse un inductor con derivación en serie con cada circuito de puente 210, 220, estando la derivación acoplada a los dispositivos de cortocircuito 244.
[0041] Refiriéndonos ahora a la FIG. 10, se ilustra un diagrama de flujo de una realización de un método 300 para operar un sistema de generación de potencia de acuerdo con aspectos de la presente materia. En general, el método 300 se describirá aquí como implementado utilizando un sistema de turbina eólica, como el sistema de turbina eólica DFIG 200 descrito anteriormente con referencia a la FIG. 5. Sin embargo, debe apreciarse que el método 300 divulgado puede implementarse utilizando cualquier otro sistema de generación de potencia adecuado que esté configurado para suministrar potencia para su aplicación a una carga. Además, aunque la FIG. 10 muestra las etapas realizadas en un orden determinado a efectos de
ilustración y discusión, los métodos aquí descritos no están limitados a ningún orden o disposición particular. Un experto en la materia, utilizando las divulgaciones proporcionadas en este documento, apreciará que varias etapas de los métodos pueden ser omitidas, reordenadas, combinadas y/o adaptadas de diversas maneras.
[0042] En (302), el método 200 incluye el funcionamiento de un convertidor de potencia acoplado a un generador eólico. En varias realizaciones, el convertidor de potencia puede ser un convertidor de potencia de dos etapas que incluye un convertidor de lado rotor y un convertidor de lado línea acoplados por un enlace de CC. El convertidor de lado rotor puede incluir una pluralidad de circuitos de puente acoplados en paralelo. Cada circuito de puente puede estar acoplado en serie a un inductor del rotor. Además, el convertidor de lado rotor puede incluir un circuito de palanca. Como se ha indicado anteriormente, el circuito de palanca puede implementarse utilizando una pluralidad de dispositivos de cortocircuito en paralelo acoplados a los circuitos de puente de manera que la impedancia de los inductores se acople efectivamente entre los dispositivos de cortocircuito y el generador impulsado por el viento, como el que se muestra en las FIGS. 7-9.
[0043] En (304), se supervisa un parámetro relacionado con el fallo del sistema. En general, el parámetro relacionado con el fallo puede ser cualquier parámetro adecuado que proporcione una indicación de una condición de potencia transitoria o cualquier otra condición relacionada con el fallo del sistema. Por ejemplo, un controlador del sistema (por ejemplo, el controlador 274) puede estar acoplado a sensores adecuados que permitan al controlador monitorizar la corriente, la tensión y/o cualquier otro parámetro adecuado relacionado con el fallo.
[0044] En (306), el rotor del generador eólico puede cortocircuitarse utilizando los dispositivos de cortocircuito en paralelo del convertidor de potencia cuando el parámetro relacionado con el fallo supera o cae por debajo de un umbral predeterminado. Por ejemplo, como se ha indicado anteriormente, los dispositivos de cortocircuito pueden ser contactores de palanca. En dicha realización, los contactores pueden cerrarse cuando el parámetro relacionado con el fallo supera o cae por debajo del umbral predeterminado, impidiendo así el flujo de potencia al convertidor de lado rotor.
[0045] Debe apreciarse que el umbral predeterminado puede corresponder generalmente a un umbral de parámetro en el que el parámetro monitorizado proporciona una indicación de una condición relacionada con el fallo del sistema. Por ejemplo, si el parámetro relacionado con el fallo que se monitoriza es la corriente o la tensión, el umbral predeterminado puede corresponder a un umbral de corriente o tensión que se considera indicativo de la condición relacionada con el fallo.
[0046] También debe apreciarse que la presente materia, aunque no forma parte de la invención reivindicada, se dirige también a un método para el montaje de un sistema de generación de potencia, como el sistema de turbina eólica DFIG 200 descrito anteriormente con referencia a la FIG. 5. En general, el método puede incluir el acoplamiento de un convertidor de potencia a un generador. El convertidor de potencia puede incluir una pluralidad de circuitos de puente acoplados en paralelo y una pluralidad de dispositivos de cortocircuito en paralelo acoplados a los circuitos de puente. Cada circuito de puente puede estar también acoplado a un inductor de rotor. Además, el método puede incluir el acoplamiento efectivo de una impedancia de los inductores de rotor entre los dispositivos de cortocircuito y el generador, de forma que se equilibre una corriente entre los dispositivos de cortocircuito en paralelo cuando el sistema de generación de potencia esté funcionando.
Claims (8)
1. Un sistema de generación de potencia (200), que comprende:
un generador (220);
un convertidor de potencia (262) acoplado al generador (220) a través de un bus de rotor (256), el convertidor de potencia (262) comprendiendo un convertidor de lado rotor (266), un enlace de CC (236) y un convertidor de lado línea (268), el convertidor de lado rotor (266) incluye una pluralidad de circuitos de puente (210) acoplados en paralelo entre dos líneas del enlace de CC (236), cada circuito de puente (210) comprendiendo una línea de puente (246) acoplada a través de un inductor de rotor (240) al bus de rotor (256), comprendiendo además el convertidor de potencia (262) una pluralidad de dispositivos de cortocircuito (244) en paralelo,
en el que cada dispositivo de cortocircuito (244) está acoplado eléctricamente a las líneas de puente (246) de dos circuitos de puente (210) de la pluralidad de circuitos de puente (210) a través de dos fases de una entrada al convertidor de lado rotor (266), y una impedancia de los inductores de rotor (240) está efectivamente acoplada entre los dispositivos de cortocircuito (244) y el generador (220) cuando los dispositivos de cortocircuito (244) están cerrados.
2. El sistema de generación de potencia (200) de la reivindicación 1, en el que cada dispositivo de cortocircuito (244) comprende un contactor de palanca.
3. El sistema de generación de potencia (200) de la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que cada circuito de puente (210) está acoplado en serie con su correspondiente inductor (240).
4. El sistema de generación de potencia (200) de la reivindicación 3, en el que cada circuito de puente (210) está acoplado en serie con un primer inductor (240) y un segundo inductor (240), estando los dispositivos de cortocircuito (244) acoplados entre el primer y el segundo inductor (240).
5. El sistema de generación de potencia (200) de cualquier reivindicación anterior, en el que la impedancia de cada uno de los inductores (240) es sustancialmente la misma.
6. El sistema de generación de potencia (200) de cualquier reivindicación anterior, comprendiendo además un controlador (274) acoplado a los dispositivos de cortocircuito (244), el controlador configurado para activar y desactivar los dispositivos de cortocircuito (244).
7. El sistema de generación de potencia (200) de cualquier reivindicación anterior, en el que el generador (220) es un generador de inducción doblemente alimentado (220).
8. El sistema de generación de potencia (200) de la reivindicación 7, en el que el convertidor de potencia (262) está acoplado a un rotor (108) del generador de inducción doblemente alimentado (220), estando los dispositivos de cortocircuito (244) acoplados a los circuitos de puente (210) de tal manera que la impedancia de los inductores (240) está efectivamente acoplada entre los dispositivos de cortocircuito (244) y el rotor (108).
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