WINDFACT®, una solución para adaptar los parques ...

WINDFACT®, una solución para adaptar los parques existentes

a los nuevos requisitos de la red

AEE - MADRID, 22 Enero 2008

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WINDFACT®, una solución para adaptar los parques existentes a los nuevos requisitos de la red

22 de Enero 2008 Página 2

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EscenarioSolución Montaje del banco de pruebasResultados pruebasProcedimiento de validación de la solución WindfactSituación actual del WINDFACT

Conclusiones

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1) Escenario

Cuando se produce en la red un hueco de tensión, muchos de los antiguos aerogeneradores instalados en los parques existentes se desconectan, lo que representa un serio problema para la estabilidad de la red. Como consecuencia, se han desarrollado normativas que rigen el comportamiento de un parque entre el inicio y el despeje de la falta.

Asumiendo el reto de dar solución a este problema, GAMESA ha desarrollado una solución específica que permite la adecuación del parque completo sin necesidad de sustituir ni modificar los aerogeneradores existentes. Esta solución, evita además el golpe de par a la multiplicadora en la recuperación de la tensión de red.

Este documento presenta la solución WINDFACT® así como los resultados obtenidos con un prototipo a escala real construido para un parque de 22,5 MW.

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1) Escenario:

La penetración creciente de la energía eólica en el mix energético esta forzando a los operadores de la red a exigir nuevos requisitos ó “codigos de red” para la conexión a la red de los nuevos y antiguos parques que llegan más allá de la exigencia de continuidad de suministro.

Entre otras, una de las nuevas exigencias consiste en añadir reactiva en faltas equilibradas según la siguiente tabla.

Fig. 1: Requisitos de Ir/It para faltas equilibradas exigidos en el P.O.12.3.

t

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1) Escenario: Efectos de los huecos de tensión en los aerogeneradores:

En aerogeneradores asíncronos (motor de jaula de ardilla)

V

t

en 10-100 ms

• Sobrevelocidad• Sobreintensidades AC• Alarma• Solicitaciones de par mecánico que afectan a la multiplicadora

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1) Escenario: Efectos de los huecos de tensión en los aerogeneradores:

Generadores doblementes alimentados con convertidor en rotor.

en ~ 1 ms

V

t

1 ~ 2 ms

• Overspeed• AC Overcurrents• Alarms• Torque stress affecting the gearbox

+

•Sobrevelocidad• Sobreintensidades AC• Alarma• Solicitaciones de par mecánico queafectan a la multiplicadora

• Sobretensiones en el bus dc• Sobretensiones en el convertidor del rotor • Alarma

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2) Solución: Descripción solución Windfact como solución de parque

Se interpone un FACT serie entre el parque eólico y la red.Llegada la falta, el FACT en un primer instante restituye la tensión del parque y a continuación opera con el vector tensión de forma que la actuación de la instalación cumpla con los requisitos del P.O.12.3.

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2) Solucion: Descripción solución Windfact

Además de cumplir la normativa P.O.12.3 en los huecos de tensión, la solución impide que se produzcan los daños que estos provocan en el propio aerogenerador debido al golpe de par que sufre la multiplicadora en la recuperación de la tensión de red, razón principal por la que GAMESA optó por una solución serie.

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2) Solución: Windfact a nivel máquina

La solución implementada se puede instalar directamente a nivel máquina al ser una solución modular, utilizando un único módulo de potencia, manteniendo idénticos controles y algoritmos. La solución se considera como una segunda opción por los siguientes motivos:

Mayor coste de mantenimiento.

Menor fiabilidad.

Posible rechazo de fabricantes a implementar soluciones extrañas en sus máquinas.

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3) Montaje del banco de pruebas:

La solución se validó en banco de pruebas con distintos generadores eólicos y una máquina de huecos para generar faltas monofásicas bifásicas y trifásicas de diferentes características.

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3) Montaje del banco de pruebas: Esquema de la prueba

Fig. 6: El Banco de Pruebas incluye un Windfact® de 22,5 MW, una máquina generadora de huecos y el generador eólico.

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3) Montaje de un banco de pruebas: Prototipo Windfact formado por dos cabinas una de baja tensión y otra de media tensión.

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3) Montaje del banco de Pruebas: Máquina de huecos

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Se han probado dos generadores, un generador asíncrono (660 kW) y un generadordoblemente alimentado (710 kW). Se han relizado huecos de tensión con diferentes cargas, con huecos distintos y escenarios bifásicos y trifásicos.

La Fig. 7 muestra el comportamiento de un generador doblemente alimentado, durante un hueco de tensión bifásico del 38%, sin Windfact®.

4) Resultados de pruebas

sobreintensidades

Sobretensión cc

Tensión de parque

Tensión de red

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4) Generador asíncrono. Resultados de la solución Windfact®:Huecos de tensión trifásicos y bifásicos 40%

Fig. 8: Hueco trifásico con Winddfact® Fig. 9: Hueco trifásico con Windfact ®(detalle del transitorio).

Tensión red

Tensiónparque

Tensión red

Tensiónparque

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4) Generador asíncrono. Resultados de la solución Windfact®:Huecos de tensión trifásicos y bifásicos 40% (cont.)

Fig. 10: Hueco trifásico con Windfact®Fig. 11: Hueco trifásico

(detalle de la recuperación de la tensión)

Tensión red Tensión

red

Tensiónparque

Tensiónparque

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4) Generador asíncrono. Resultados de la solución Windfact®:Huecos bifásicos

Se consigue un escenario mucho más agresivo cuando tiene lugar un hueco bifásico (Fig. 10). El canal superior muestra la tensión de red durante el hueco. Las fases S y T se reducen el 40% del valor nominal y están desfasadas +26º y -24º. El canal central muestrala tensión Windfact® dentro de los límites (canal inferior). Se observa que el Windfact®genera dos tensiones desplazadas 180º de forma que la composición vectorial alcanza la misma tensión en parque que antes de producirse el hueco.

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Fig. 12: Hueco bifásico del 40% con desfase de +26º y -24º(α1 = +26º / α2 = -24º)

Tensión red

Tensiónparque

Tensiónparque

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Tensión red

TensiónWindfact

Tensiónparque

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4) Generador doblemente alimentado. Resultados con solución Windfact® - Huecosbifásicos

Fig. 13: Hueco bifásico en una máquina asíncronadoblemente alimentadacon Windfact®.

El Windfact® reacciona en menos de 1 milisegundo. La tensón del parque mantiene sus valores. La conexión cc esta controlada. El aerogenerador sigue funcionando.

Tensión red

Tensiónparque

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4) Generador doblemente alimentado. Resultados con solución Windfact® - Huecosbifásicos (cont.)

Tensión red

Tensiónparque

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4) Generador doblemente alimentado. Resultados con solución Windfact® - Huecosbifásicos (cont.)

Tensión red

Tensiónparque

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Morado: Tensión Red

4) Generador doblemente alimentado. Resultados con solución Windfact® - Generaciónde Reactiva

Azul:Tensión Parque

Tensión y control de desfase parageneración de reactiva

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5) Procedimiento de validación de la solución Windfact:

Los pasos a seguir para la validación de esta solución vienen descritos en el procedimiento de verificación elaborado por la AEE con las particularidades que implica el que se trate de un FACT serie como solución de parque y no de máquina.

El documento de referencia que se ha utilizado para elegir el camino para la validación es la versión del PVVC del 27 de Septiembre del 2007.

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Tareas que corresponden al fabricante del FACT:

1. Obtener un INFORME ACREDITADO DE ENSAYO por parte de un laboratorio acreditado.

2. Obtener un INFORME ACREDITADO DE VALIDACION DE MODELOS por parte de un laboratorio acreditado para la realización de simulaciones. En este informe constará que el parecido entre el ensayo y el comportamiento de la simulación cumple los criterios enunciados en el apartado 7 del PVVC.

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6) Situación actual del Windfact: Hitos alcanzados:

Validado en banco de pruebas en diciembre 2006 para máquinas con generador asíncrono.

Validado en banco de pruebas en agosto del 2007 para máquinas doblemente alimentadas.

Realizado el ensayo en banco de pruebas por CENER (Laboratorio ultimando su certificación para la realización de ensayos)

Modelado el equipo y realizados los pasos para la validación del modelo de simulación por CENER.

En el año 2007 se ha finalizado el proceso de industrialización.

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6) Situación actual del Windfact: Presentaciones realizadas y patentes:

Solicitud de patente nº P200401584 el 30/06/04 y publicación de la solicitud el 1/01/06.

Presentaciones de la solución realizadas entre 2005 y 2006 a REE, empresas eléctricas, promotores, entidades certificadoras, laboratorios, …

Concesión de patente nº 2245608 el 5/02/07 y publicación de la concesión el 1/03/07.

Presentación realizada en Aalborg (Dinamarca) el 4/09/07 para “12th European Conference on Power Electronics and Applications” (paper calificado de excelente).

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GAMESA ha desarrollado y patentado una solución de electrónica de potencia, diseñadaespecíficamente para solucionar el problema causado por los huecos de tensión y lasconsiguientes desconexiones que ponen en peligro la estabilidad del sistema.

La solución WINDFACT®, por medio del control de fase y magnitud de las tensiones que se añaden la red, mantiene la tensión ca en el parque, y permite el control de corriente reactivagenerada por el parque para cumplir con los requisitos que exige el P.O.12.3.

Evitando las solicitaciones de par que afectan al motor del aerogenerador en la recuperación de tensión, el WINDFACT elimina los riesgos de rotura de la multiplicadora.

7) Conclusiones

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Se ha construido un prototipo a escala real de 22,5 MW y se ha verificado en banco de pruebas con un generador asíncrono y uno doblemente alimentado. Las pruebas muestran la viablidadad de la solución WINDFACT® frente a a huecos, monofásicos, bifasicos o trifásicos en la red, restableciendo la tensión en el parque, en menos de 1 milisegundo.

La modularidad de la cabina de electrónica de potencia hace que el producto sea adecuadopara muchos tipos diferentes de parques y de gamas de potencia.

Debido precisamente a esta modularidad, permite su directa utilización como solución de máquina.

La solución serie para huecos de tensión en parques eólicos es una forma económicamente atractiva para evitar la modificación o sustitución de los parques existentes.

7) Conclusiones (cont.)

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