ES2955226T3 - Sistema y método de control para el convertidor de lado de rotor de un generador de inducción de doble alimentación en una turbina eólica - Google Patents

Sistema y método de control para el convertidor de lado de rotor de un generador de inducción de doble alimentación en una turbina eólica Download PDF

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Morente Mario Rizo
Rodriguez Isaac Gude
Espadaler Mireia Barenys
Araque Andres Agudo
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Abstract

La presente invención se refiere a un método de control del convertidor del lado del rotor de un generador de inducción doblemente alimentado en un aerogenerador ante perturbaciones en la red eléctrica. Se refiere además a un sistema de control (11) para el convertidor del lado del rotor (2) de un generador de inducción (1) doblemente alimentado en un aerogenerador caracterizado porque comprende una unidad de cálculo (202) configurada para calcular al menos una referencia. actual (i*r). Comprende además un controlador de corriente (203) que es un controlador híbrido configurado para operar en dos modos diferentes, un primer modo de operación, preferiblemente establecido durante un transitorio de una perturbación en una red eléctrica, donde el controlador de corriente (203) está configurado para operar con un índice de modulación estando fuera de un área lineal y un segundo modo de operación, preferiblemente establecido durante un estado estable de la perturbación en la red eléctrica, donde el controlador de corriente (203) está configurado para operar con un índice de modulación dentro del área lineal, proporcionando así instantáneamente un voltaje máximo (106) disponible en un rotor para satisfacer al menos una corriente de referencia (i*r). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema y método de control para el convertidor de lado de rotor de un generador de inducción de doble alimentación en una turbina eólica
Objeto de la invención
El objeto de la presente invención es un sistema y un método de control para el convertidor de lado de rotor de un generador de inducción de doble alimentación en una turbina eólica, para las perturbaciones en la red eléctrica.
Antecedentes de la invención
Existe una gran variedad de controladores para el convertidor de lado de rotor de un Doubly-fed induction generator (Generador de inducción de doble alimentación - DFIG) en un aerogenerador, que podrían agruparse en controladores de control vectorial clásico, de doble control vectorial y de control directo.
El Vector Control (Control vectorial - VC) es la técnica más empleada y necesita un Pulse Width Modulator (Modulador de amplitud de pulso - PWM). La combinación con dicho modulador ofrece una frecuencia de conmutación constante y un contenido armónico de baja corriente. Se conoce la publicación de R. Pena, J. C. Clare y G. M. Asher, “ Doubly fed induction generator using back-to-back PWM converters and its application to variable-speed wind-energy generation” , IEE Proceedings - Electric Power Applications, vol. 143, n.° 3, págs. 231-241, mayo 1996. La operación de control vectorial es lo suficientemente aceptable en condiciones de funcionamiento normales, pero proporciona un mal rendimiento en condiciones de falta o de contingencia, tales como, por ejemplo, huecos de tensión y sobretensiones.
El Dual Vector Control (Control vectorial dual - DVC) agrega un segundo controlador al Vector Control (Control vectorial - VC) original para regular la secuencia negativa, tal y como se describe en la publicación de M. Chomat, J. Bendl y L. Schreier, “ Extended vector control of doubly fed machine under unbalanced power network conditions” , 2002 Conference on Power Electronics, Machines and Drives (publ. de la conf. n.° 487), 2002, págs. 329-334. Algunos trabajos recientes han mejorado el Dual Vector Control (Control vectorial dual - DVC) con estructuras alternativas o con la generación de referencias para minimizar las oscilaciones en el bus de CC y el par de torsión. Sin embargo, ninguna de las técnicas de control vectorial o de control vectorial dual conocidas aprovechan al máximo el rendimiento del convertidor u optimizan su funcionamiento en vista de las limitaciones térmicas, ni tampoco proporcionan una capacidad de regulación total de la secuencia negativa en los huecos desequilibrados más graves.
En la solicitud de patente US 2010/117605 A1 se describen un método y un dispositivo para hacer funcionar un motor asíncrono con dobles alimentaciones, que tiene un estátor conectado a una red eléctrica y un rotor conectado a un inversor. Dicho inversor está diseñado para que imprima un valor objetivo para una variable eléctrica en el rotor. El método permite que se produzca una reducción activa en el par de torsión durante el cambio de tensión de red transitorio.
En la solicitud de patente US 2019/140569 A1 se describen sistemas y métodos para hacer funcionar un sistema de alimentación de energía eléctrica que cuenta con un generador de inducción de doble alimentación, incluyendo el sistema de alimentación un convertidor de potencia con un convertidor de lado de línea, un enlace de CC y un convertidor de lado de rotor. El convertidor de lado de rotor está configurado para convertir una potencia de CC en el enlace de CC en una señal de CA para un bus de rotor. El uno o más dispositivos de control están configurados para hacer funcionar el convertidor de lado de rotor en un régimen de sobremodulación para proporcionar la señal de CA al bus de rotor.
El uso del control directo, en cuyo grupo se puede incluir el control por histéresis, está bastante extendido en los convertidores de DFIG. A diferencia de los controles lineales como los controles vectorial y vectorial dual, los controles directos no emplean necesariamente un Pulse Width Modulator (Modulador de amplitud de pulso - PWM), por lo que la frecuencia de conmutación es variable, y también son usualmente mucho más rápidos. Se conocen sistemas que emplean un control de potencia directo para minimizar las ondulaciones de las potencias activa y reactiva en el estátor y para condiciones de funcionamiento normales. Sin embargo, dichos sistemas requieren una gran carga computacional, ya que, de lo contrario, la calidad de la potencia se vería seriamente afectada, algo que penalizan mucho los códigos de red (CdR).
La aplicación de controles directos tiene mucho más sentido en condiciones transitorias de falta en la red eléctrica. También se conocen sistemas de control directo de las potencias activa y reactiva del estátor para obtener corrientes sinusoidales en el estátor, la minimización del rizado de par o una potencia activa constante durante faltas desequilibradas y sistemas de control por histéresis de banda variable con el objeto de tener una dinámica rápida en la corriente de rotor.
Dichos códigos de red (CdR) dirigen la interconexión de sistemas eléctricos de generación distribuida. Entre otros requisitos, los códigos de red se refieren a un Low Voltage Ride Through (Mantenimiento de conexión en caso de baja tensión - LVRT) y a un High Voltage Ride Through (Mantenimiento de conexión en caso de alta tensión - HVRT), donde la unidad generadora no solo tiene que permanecer conectada, sino que también inyecta una corriente reactiva en la secuencia positiva para compensar la perturbación. En este tipo de requisitos, los códigos de red (CdR) son cada vez más exigentes con respecto a la respuesta dinámica (número de secuencia a inyectar y tiempo de respuesta), el perfil de falta y el número de faltas consecutivas.
Los aerogeneradores basados en Doubly-fed induction generators (Generadores de inducción de doble alimentación - DFIG) son especialmente sensibles a las perturbaciones en la tensión de la red debido a la conexión directa entre el devanado de estátor y la red (véase la Fig. 1). Como consecuencia, durante los huecos de tensión y las sobretensiones, en los que la tensión de red cambia súbitamente, se producen grandes corrientes transitorias en el estátor y el rotor debido al nuevo punto de trabajo de magnetización del generador. A medida que aumenta la potencia nominal de la unidad generadora, la magnitud de estas corrientes se acerca peligrosamente más a la resistencia a la tracción última de los semiconductores electrónicos de potencia de baja tensión existente, los Isolated Gate Bipolar Transistors (Transistores bipolares de puerta aislada - IGBT), forzando así la desconexión del equipo durante la perturbación y, por lo tanto, y al incumplimiento del requisito principal del código de red (CdR). Además, la presencia de estas corrientes transitorias limita el control del convertidor para cumplir con los requisitos dinámicos, ya que exigen mucha tensión del rotor.
En caso de faltas asimétricas, como, por ejemplo, caídas de tensión bifásicas, el sistema eléctrico también tiene que hacer frente a la presencia de tensiones y corrientes de secuencia negativa. La regulación de la secuencia negativa en los sistemas basados en DFIG no es sencilla, ya que exige tensiones de rotor más altas, tal y como se establece en la publicación de R. Pena, J. C. Clare y G. M. Asher, “ Doubly fed induction generator using back-to-back PWM converters and its application to variable-speed wind-energy generation” , IEE Proceedings - Electric Power Applications, vol. 143, n.° 3, págs. 231-241, mayo 1996, anteriormente mencionada. Si el algoritmo de control del convertidor no regula correctamente la secuencia negativa, el sistema eléctrico (convertidor, generador, transformador y distribuidor) tiene que soportar corrientes de estado estacionario de estátor y de rotor elevadas e innecesarias y un uso excesivo del troceador. Por consiguiente, la capacidad del sistema para hacer frente a faltas graves en amplitud y/o en duración y a faltas consecutivas está seriamente limitada. Además, en el caso particular del código de red alemán para parques eólicos conectados a redes de alta tensión (estándar [2] de la VDE), de manera similar a la anteriormente mencionada inyección de una corriente reactiva en la secuencia positiva, la unidad generadora también debe inyectar una corriente reactiva en la secuencia negativa.
En conclusión, el cumplimiento de los códigos de red existentes y futuros (y la salvaguardia de la integridad del sistema eléctrico) por parte de las turbinas eólicas basadas en DFIG cuando tienen que cumplir con los requisitos LVRT y HVRT corre grave peligro dado que:
• Las corrientes transitorias del estátor y del rotor pueden ser lo suficientemente grandes como para forzar la desconexión de la unidad generadora.
• Las corrientes estacionarias del rotor y la energía que debe disiparse en el troceador de freno pueden ser lo suficientemente grandes como para forzar la desconexión de la unidad generadora en huecos de tensión asimétricos grandes, profundos y repetitivos.
• La regulación de la secuencia negativa ya es obligatoria en algunos códigos de red (CdR).
El método de control para el convertidor de lado de rotor de un convertidor GIDA de aerogenerador de la presente invención mejora el rendimiento del sistema en cuanto a las anteriores desventajas.
Descripción de la invención
La presente invención describe un sistema de control para el convertidor de lado de rotor de un generador de inducción de doble alimentación en una turbina eólica, que comprende:
• un sensor de secuencias configurado para evaluar por separado una secuencia positiva y una secuencia negativa de tensiones y corrientes,
• una unidad calculadora configurada para calcular al menos una corriente de referencia como una función de las secuencias positivas y las secuencias negativas de tensiones y corrientes evaluadas por el sensor de secuencias, que es preferiblemente una corriente de referencia de rotor, y
• un controlador de corriente, que es un controlador híbrido configurado para funcionar en dos modos diferentes, donde un primer modo de funcionamiento, establecido preferiblemente durante un transitorio de una perturbación en una red eléctrica, donde el controlador de corriente está configurado para funcionar con un índice de modulación que está fuera de una zona lineal, y un segundo modo de funcionamiento, establecido preferiblemente durante un estado estable de la perturbación en la red eléctrica, donde el controlador de corriente está configurado para funcionar con un índice de modulación dentro de la zona lineal. De este modo, se proporciona instantáneamente una tensión máxima disponible en un rotor para satisfacer la al menos una corriente de referencia. El controlador de corriente está configurado para regular simultáneamente la secuencia positiva y negativa de una corriente de rotor.
La expresión “ que proporciona instantáneamente” y el término “ instantáneo” se refieren a la provisión de la tensión máxima disponible en el rotor por parte del controlador de corriente en una sola etapa de control. De esta manera, el tiempo de respuesta del controlador de corriente está definido únicamente por las prestaciones del hardware y unos límites de control impuestos. Esto da como resultado una respuesta rápida del controlador de corriente.
Las características que definen el controlador son: instantáneo, híbrido y no lineal. Por un lado, el principio básico del funcionamiento del controlador se basa en minimizar instantáneamente la diferencia entre la corriente de rotor medida y la corriente deseada en función del índice de modulación. Por el otro, la acción de control no es lineal para obtener esta naturaleza instantánea.
Finalmente, es un controlador híbrido, puesto que, dependiendo de la capacidad para cumplir las órdenes de corriente deseadas, el controlador funciona en dos modos diferentes. La transición entre modos puede ser automática y no requiere ninguna modificación ni ninguna máquina de estado. Preferiblemente, los modos de funcionamiento son:
• Un primer modo de funcionamiento donde el controlador está configurado para funcionar como un controlador digital directo o por histéresis que proporciona uno de los vectores de la Pulse Width Modulation (Modulación de amplitud de pulso - PWM) que están disponibles en un convertidor de dos o más niveles en cada uno de los tiempos de muestreo de control. Preferiblemente, este primer modo de funcionamiento corresponde a un índice de modulación que está fuera de la zona lineal, es decir, que está por encima del límite de contorno lineal o dentro de la zona de sobremodulación. Este modo de funcionamiento se caracteriza por una frecuencia de conmutación variable limitada entre una frecuencia máxima y una frecuencia mínima proporcionadas por la frecuencia de rotor. Por lo tanto, el controlador no solo limita las pérdidas por conducción con su respuesta instantánea, sino que también reduce las pérdidas por conmutación cuando las pérdidas por conducción aumentan inevitablemente debido al aumento de la corriente de falta, es decir, reduce la corriente de rotor durante el transitorio y satisface la corriente de referencia de rotor.
• Un segundo modo de funcionamiento donde el controlador está configurado para funcionar con un índice de modulación dentro de la zona lineal y está configurado para trabajar como un controlador que ordena la acción de control dentro de la zona lineal del convertidor que controla la corriente de rotor y la mantiene en el valor deseado. En este segundo modo el controlador puede implementarse con un controlador proporcional+integral (PI), resonante, aperiódico o similar.
El índice de modulación, que es conocido en la técnica, puede definirse como una relación entre una magnitud de la referencia de tensión del rotor y una mitad de la tensión de bus de CC disponible.
Según la invención, el sistema de control también comprende un sensor de secuencia configurado para evaluar por separado una secuencia positiva y una secuencia negativa de tensiones y corrientes.
Opcionalmente, el controlador está preparado para regular la secuencia positiva y negativa de corrientes, donde preferiblemente está configurado para regular la corriente de rotor medida después de la al menos una corriente de referencia de rotor.
La al menos una corriente de referencia del rotor se calcula para cumplir con los requisitos de corriente reactiva de código de red.
Opcionalmente, el sistema comprende un bloque modulador configurado para funcionar en el primer modo de funcionamiento a una frecuencia de conmutación variable, que es, preferiblemente, inversamente proporcional a un error en la corriente.
Opcionalmente, el bloque modulador está configurado para funcionar en el segundo modo de funcionamiento a una frecuencia de conmutación constante. Según la invención, el sistema comprende también una unidad calculadora configurada para calcular al menos una corriente de referencia, preferiblemente la corriente de referencia del rotor. Esto puede ser realizado, preferiblemente, por el convertidor de rotor en un estado estacionario, como una función de las secuencias positivas y las secuencias negativas de tensiones y corrientes evaluadas por el sensor de secuencias.
Opcionalmente, la unidad calculadora también está configurada para calcular al menos una corriente de referencia del estátor como una función de la secuencia positiva y la secuencia negativa de tensiones y corrientes evaluadas por el sensor de secuencias.
Opcionalmente, la unidad calculadora también está configurada para calcular al menos una corriente de referencia de línea total como una función de la secuencia positiva y la secuencia negativa de tensiones y corrientes evaluadas por el sensor de secuencias.
Opcionalmente, el controlador de corriente instantánea también está configurado para regular simultáneamente la secuencia positiva y la secuencia negativa de la corriente de estátor y/o de la corriente de línea.
Un segundo aspecto de la presente invención describe un método de control para el convertidor de lado de rotor de un generador de inducción de doble alimentación en una turbina eólica llevado a cabo con el sistema descrito anteriormente, que comprende:
• una etapa para calcular al menos una corriente de referencia, que es preferiblemente una corriente de referencia del rotor, como una función de secuencias positivas y secuencias negativas de tensiones y corrientes evaluadas por un sensor de secuencias, y
• una etapa para la regulación de corriente, preferiblemente una etapa para regular la corriente del rotor, donde una tensión máxima disponible en el rotor se proporciona instantáneamente para satisfacer la al menos una corriente de referencia, preferiblemente la corriente de referencia del rotor, en donde el sensor de secuencias está configurado para evaluar por separado la secuencia positiva y la secuencia negativa de tensiones y corrientes.
La etapa para la regulación de corriente comprende:
• un primer modo de funcionamiento, establecido preferiblemente durante un transitorio de una perturbación en una red eléctrica, correspondiente a un índice de modulación que está fuera de la zona lineal y
• un segundo modo de funcionamiento, establecido preferiblemente durante un estado estable de la perturbación en la red eléctrica, correspondiente a un índice de modulación dentro de la zona lineal.
Así constituido, el sistema y el método de control para el convertidor de lado de rotor de un generador de inducción de doble alimentación en una turbina eólica presenta las siguientes ventajas:
• aumenta la optimización del funcionamiento del convertidor durante los transitorios producidos por faltas en la red:
es decir, reduce las corrientes de falta al máximo, así como reduce las pérdidas por conmutación con la posterior reducción del estrés térmico;
• aumenta la dinámica para cumplir con los objetivos establecidos por los CdR, y
• ofrece una regulación total en toda la secuencia positiva y negativa a controlar en faltas desequilibradas graves.
Descripción de las figuras
Para implementar la presente descripción y facilitar una mejor comprensión de las características de la invención según una realización preferida de la práctica de la misma, se adjunta un conjunto de dibujos como parte de esta descripción, a efectos ilustrativos pero no limitativos, que representa lo siguiente:
Figura 1.- Muestra un diagrama eléctrico de una turbina eólica con un generador DFIG.
Figura 2.- Muestra un esquema del sistema de control para el convertidor de lado de rotor de un convertidor DFIG de una turbina eólica de la presente invención.
Realización preferida de la invención
A continuación se hace una descripción detallada del sistema eléctrico de un generador de inducción de doble alimentación (1) de una turbina eólica y del método de control asociado para el convertidor de lado de rotor (2) de la presente invención. El devanado del generador de inducción de doble alimentación (1) está conectado a un puente trifásico de rotor (2). El convertidor de lado de rotor comparte su conexión de CC (4) con un puente de red trifásico (3). La conexión de CA trifásica del puente de red (3) puede comprender un filtro de potencia trifásico (5). Asimismo, la conexión trifásica de CA del convertidor de lado de rotor (2) puede comprender un filtro de potencia trifásico (6). El devanado de estátor y la conexión trifásica de CA del puente de red están conectados al devanado de baja tensión de un transformador accionador-sustractor trifásico (7). Tanto el devanado de estátor como la conexión trifásica de CA del puente de red pueden tener contactores (8) e interruptores (9) para hacer que el funcionamiento eléctrico sea más fácil y garantizar la protección. Tanto el convertidor (2) de lado de rotor como el puente (3) de red son controlados por las señales (101, 102) de excitación de los dispositivos semiconductores de los mismos. Una unidad lógica (10) de cálculo y control está a cargo de proporcionar las señales (101, 102) de excitación.
Es en la unidad lógica (10) de cálculo y control donde se implementa el método de control de la presente invención. El sistema (11) de control para el convertidor de lado de rotor de un generador de inducción de doble alimentación en una turbina eólica comprende, según esta realización:
• un sensor (201) de secuencias configurado para evaluar por separado una secuencia positiva y una secuencia negativa de tensiones y corrientes,
• una unidad calculadora (202) para calcular al menos una corriente de referencia (i*r), preferiblemente, la corriente de referencia del rotor, en estado estacionario, como una función de las secuencias positivas y las secuencias negativas de tensiones y corrientes evaluadas por el sensor (201) de secuencias.
• un controlador (203) de corriente, preferiblemente para la corriente (103) de rotor o, alternativamente, para la corriente (104) de estátor o para la corriente (105) de línea, donde el controlador (203) de corriente es un controlador instantáneo para proporcionar instantáneamente una tensión máxima (106) disponible en el rotor para satisfacer la al menos una corriente de referencia (i*), y también es un controlador híbrido no lineal configurado para proporcionar una tensión de rotor, dentro de un intervalo de tensión disponible. El controlador (203) de corriente comprende una lógica de Pulse Width Modulation (Modulación de amplitud de pulso - PWM). El controlador (203) de corriente proporciona las señales (101) de excitación del puente (2) trifásico de rotor.
El controlador (203) de corriente puede funcionar en dos modos diferentes. La transición entre modos es automática y no requiere ninguna modificación ni ninguna máquina de estado. Estos modos son:
• Un primer modo de funcionamiento donde el controlador (203) de corriente trabaja como un controlador digital directo, por histéresis o similar que proporciona uno de los vectores moduladores de amplitud de pulso disponibles en un convertidor de dos o más niveles en cada tiempo de muestreo de control, donde este primer modo de funcionamiento corresponde a un índice de modulación que está fuera de la zona lineal de convertidor, es decir, dentro de la zona de sobremodulación. El funcionamiento en sobremodulación implica la posibilidad de trabajar con índices de modulación altos, incluido un límite teórico máximo. Por lo tanto, se obtiene un funcionamiento que presenta una frecuencia de conmutación variable.
• Un segundo modo de funcionamiento donde el controlador (203) de corriente está configurado para funcionar como un controlador aperiódico, o similar, que ordena la acción de control que pone instantáneamente la corriente bajo control al valor deseado, donde este segundo modo de funcionamiento se lleva a cabo con un índice de modulación dentro de la zona lineal del convertidor. En este segundo modo de funcionamiento, la frecuencia de conmutación es constante. El método está configurado para poner el controlador (203) de corriente en este segundo modo de funcionamiento, preferiblemente durante el estado estable de la falta, es decir, cuando las órdenes de corriente pueden alcanzarse instantáneamente.
El controlador (203) de corriente es también un controlador instantáneo que está configurado para regular las secuencias positivas y negativas de corriente y para regular, preferiblemente, la corriente medida del rotor después de la al menos una referencia de corriente de rotor, que es suministrada por bloques externos que proporcionan corrientes de referencia que pueden ser realizadas por el convertidor de rotor en estado estacionario.

Claims (13)

REIVINDICACIONES
1. Sistema (11) de control para el convertidor (2) de lado de rotor de un generador (1) de inducción de doble alimentación en una turbina eólica que comprende:
•un sensor (201) de secuencias configurado para evaluar por separado una secuencia positiva y una secuencia negativa de tensiones y corrientes,
•una unidad calculadora (202) configurada para calcular al menos una corriente de referencia (i*r) como una función de las secuencias positivas y las secuencias negativas de tensiones y corrientes evaluadas por el sensor (201) de secuencias, y
•un controlador (203) de corriente que es un controlador híbrido configurado para funcionar en dos modos diferentes:
-un primer modo de funcionamiento, establecido preferiblemente durante un transitorio de una perturbación en una red eléctrica, donde el controlador (203) de corriente está configurado para funcionar con un índice de modulación fuera de una zona lineal y -un segundo modo de funcionamiento, establecido preferiblemente durante un estado estable de la perturbación en la red eléctrica, donde el controlador (203) de corriente está configurado para funcionar con un índice de modulación dentro de la zona lineal,
proporcionando de este modo instantáneamente una tensión máxima (106) disponible en un rotor para satisfacer la al menos una corriente de referencia (i*r), en donde el controlador (203) de corriente está configurado para regular simultáneamente la secuencia positiva y negativa de una corriente del rotor.
2. Sistema (11) de control para el convertidor (2) de lado de rotor de un generador (1) de inducción de doble alimentación en una turbina eólica según la reivindicación 1, en donde en el primer modo de funcionamiento, el controlador (203) de corriente está configurado para funcionar como un controlador digital directo o por histéresis que proporciona uno de los vectores de Pulse Width Modulation (Modulación de amplitud de pulso - PWM) disponibles en un convertidor de dos o más niveles en cada uno de los tiempos de muestreo de control.
3. Sistema (11) de control para el convertidor (2) de lado de rotor de un generador (1) de inducción de doble alimentación en una turbina eólica según cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, en donde, en el segundo modo de funcionamiento, el controlador (203) de corriente está configurado para funcionar como un controlador que ordena la acción de control dentro de una zona lineal del convertidor que controla la corriente de rotor y la mantiene en el valor deseado.
4. Sistema (11) de control para el convertidor (2) de lado de rotor de un generador (1) de inducción de doble alimentación en una turbina eólica según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde comprende un bloque modulador configurado para funcionar en el primer modo de funcionamiento a una frecuencia de conmutación variable.
5. Sistema (11) de control para el convertidor (2) de lado de rotor de un generador (1) de inducción de doble alimentación en una turbina eólica según la reivindicación 4, en donde el bloque modulador está configurado para funcionar en el primer modo de funcionamiento a una frecuencia de conmutación que es variable e inversamente proporcional a un error en la corriente.
6. Sistema (11) de control para el convertidor (2) de lado de rotor de un generador (1) de inducción de doble alimentación en una turbina eólica según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde el bloque modulador está configurado para funcionar según el segundo modo de funcionamiento a una frecuencia de conmutación constante.
7. Sistema (11) de control para el convertidor (2) de lado de rotor de un generador (1) de inducción de doble alimentación en una turbina eólica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el controlador (203) de corriente también está configurado para controlar la corriente (104) de estátor con una corriente de referencia de estátor.
8. Sistema (11) de control para el convertidor (2) de lado de rotor de un generador (1) de inducción de doble alimentación en una turbina eólica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el controlador (203) de corriente también está configurado para controlar la corriente (105) de línea de la turbina eólica con una referencia de corriente de línea.
9. Sistema (11) de control para el convertidor (2) de lado de rotor de un generador (1) de inducción de doble alimentación en una turbina eólica según cualquier reivindicación anterior, en donde la unidad calculadora (202) también está configurada para calcular la al menos una corriente de referencia de estátor como una función de la secuencia positiva y la secuencia negativa de tensiones y corrientes evaluadas por el sensor (201) de secuencias.
10. Sistema (11) de control para el convertidor (2) de lado de rotor de un generador (1) de inducción de doble alimentación en una turbina eólica según cualquier reivindicación anterior, en donde la unidad calculadora (202) también está configurada para calcular la al menos una corriente de línea de referencia total como una función de la secuencia positiva y la secuencia negativa de tensiones y corrientes evaluadas por el sensor (201) de secuencias.
11. Sistema (11) de control para el convertidor (2) de lado de rotor de un generador (1) de inducción de doble alimentación en una turbina eólica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el controlador (203) de corriente también está configurado para regular simultáneamente la secuencia positiva y negativa de la corriente de estátor.
12. Sistema (11) de control para el convertidor (2) de lado de rotor de un generador (1) de inducción de doble alimentación en una turbina eólica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el controlador (203) de corriente instantánea también está configurado para regular simultáneamente la secuencia positiva y negativa de la corriente de línea.
13. Método de control para el convertidor (2) de lado de rotor de un generador (1) de inducción de doble alimentación en una turbina eólica llevado a cabo con el sistema de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, comprendiendo el método:
•una etapa de calcular al menos una corriente de referencia como una función de las secuencias positivas y las secuencias negativas de tensiones y corriente evaluadas por un sensor (201) de secuencias, y
•una etapa de regulación de corriente, preferiblemente una etapa para regular la corriente de rotor, donde una tensión máxima disponible en el rotor se proporciona instantáneamente para satisfacer la al menos una corriente de referencia (i*r), en donde el sensor (201) de secuencias está configurado para evaluar por separado la secuencia positiva y la secuencia negativa de tensiones y corrientes, en donde la etapa de regulación de corriente comprende:
•un primer modo de funcionamiento, establecido preferiblemente durante un transitorio de una perturbación en una red eléctrica, correspondiente a un índice de modulación que está fuera de la zona lineal y
•un segundo modo de funcionamiento, establecido preferiblemente durante un estado estable de la perturbación en la red eléctrica, correspondiente a un índice de modulación dentro de la zona lineal.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113555860B (zh) * 2021-07-28 2022-08-19 国网甘肃省电力公司 改进型桥式超导故障限流器及其阻值调节方法
CN113872243B (zh) * 2021-11-02 2023-06-02 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院 一种风电低频送出***的交流故障穿越方法
ES2944782B2 (es) * 2021-12-23 2024-04-09 Univ Madrid Carlos Iii Sistema y procedimiento para controlar un generador asincrono doblemente alimentado
CN117669175B (zh) * 2023-11-27 2024-05-24 山东大学 一种基于无差拍预测电流控制的快速响应光伏模拟装置

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW565987B (en) * 2002-05-06 2003-12-11 Winbond Electronics Corp Balanced current converter with multiple pulse width modulated channels
US7423412B2 (en) * 2006-01-31 2008-09-09 General Electric Company Method, apparatus and computer program product for injecting current
DE102007014728A1 (de) * 2007-03-24 2008-10-02 Woodward Seg Gmbh & Co. Kg Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb einer doppeltgespeisten Asynchronmaschine bei transienten Netzspannungsänderungen
US7619327B2 (en) * 2007-07-06 2009-11-17 Hamilton Sundstrand Corporation Hybrid electromechanical power transfer system
CN101494424B (zh) * 2008-08-05 2011-01-19 深圳市盛弘电气有限公司 三电平逆变器的控制方法
CN102150356B (zh) * 2008-09-11 2015-01-07 伍德沃德肯彭有限公司 具有分量分离的直接功率控制
CN101521481B (zh) * 2009-04-07 2011-01-12 浙江大学 一种双馈异步风力发电***不对称协调直接功率控制方法
US8587160B2 (en) * 2009-09-04 2013-11-19 Rockwell Automation Technologies, Inc. Grid fault ride-through for current source converter-based wind energy conversion systems
US8558405B2 (en) * 2011-05-26 2013-10-15 Siemens Aktiengesellschaft Method and system for operating and controlling a wind turbine to prevent excitation of subsynchronous oscillations within the wind turbine
JP6022711B2 (ja) * 2013-04-05 2016-11-09 株式会社日立製作所 ガスタービン発電システム
US20190140569A1 (en) * 2017-11-09 2019-05-09 General Electric Company DFIG Converter Overmodulation

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