Nuevas plantas de energía eólica basadas en la operación de frecuencia variable con un único convertidor de potencia

Descripción de la Patente

Se propone un nuevo diseño de planta de energía eólica con el procedimiento de control correspondiente para plantas de energía eólica basadas en un único convertidor de potencia que proporciona operación a frecuencia variable en una planta o conjunto basado en generadores de inducción. El concepto permite aumentar la confiabilidad del sistema, reduciendo el costo total de instalación. Se buscan socios para desarrollar aún más el sistema y/o establecer acuerdos comerciales junto con cooperación técnica.

El Desafío

Las plantas de energía eólica actuales se basan principalmente en Generadores de Inducción de Doble Alimentación (DFIG) o Generadores Síncronos de Imanes Permanentes (PMSG) con convertidor de potencia completo. Estos conceptos de turbinas eólicas requieren un gran convertidor de potencia para cada turbina eólica. Las plantas eólicas marinas plantean el desafío de costos extremadamente altos de instalación, operación y mantenimiento. Por lo tanto, se requieren desarrollos tecnológicos en la dirección de simplificar (reduciendo costos y aumentando la confiabilidad, disponibilidad y mantenibilidad) las plantas eólicas marinas.

La Tecnología

El convertidor de potencia de la turbina eólica puede eliminarse y un conjunto de turbinas eólicas puede controlarse con un solo Convertidor de Fuente de Voltaje (VSC). En aplicaciones eólicas marinas VSC-HVDC (Corriente Continua de Alto Voltaje) ya existe tal convertidor y no implica ningún costo adicional. El control del sistema propuesto se basa en un controlador centralizado que impone el voltaje y la frecuencia óptimos al conjunto para capturar la máxima energía del viento. Un sistema de comunicación entre el control centralizado y las turbinas eólicas puede usarse para calcular el punto de operación óptimo. El sistema también puede controlarse sin comunicaciones. En este caso, el control centralizado cambia a un modo sin comunicaciones y se establece una operación segura.

Ventajas Innovadoras

La configuración propuesta se puede utilizar para un conjunto o para toda una planta de energía. Además, la estructura propuesta es adecuada para adaptar turbinas eólicas instaladas de velocidad fija, agregando un convertidor de potencia de ida y vuelta para inyectar la energía en la red. Además, otras tecnologías de generación, como las basadas en generadores de inducción para energía mareomotriz, undimotriz o hidroeléctrica, pueden adoptar el concepto propuesto. Las principales ventajas del concepto incluyen:

• Reducción del número de convertidores de potencia
• Reducción de costos
• Mejora de la confiabilidad, disponibilidad y mantenibilidad
• Sistema robusto con y sin comunicaciones
• Cumplimiento del código de red, incluida la resistencia a fallas
• Posibilidad de eliminar el transformador de la turbina eólica

Estado Actual del Desarrollo

Se han realizado análisis de captura de energía. Se ha desarrollado un procedimiento detallado para calcular la frecuencia óptima. Se han creado modelos de estado estacionario y dinámicos. Se ha desarrollado y validado un esquema de control detallado mediante simulaciones dinámicas y estudios de cumplimiento del código de red utilizando paquetes de software especializados.

Aplicaciones y Mercado Objetivo

El sistema se puede aplicar a cualquier planta de energía basada en generadores de inducción:

• Nuevas plantas de energía eólica marina
• Nuevas plantas de energía eólica terrestre
• Repotenciación
• Plantas de energía mareomotriz, undimotriz e hidroeléctrica