CÓDIGO:
FICHA TÉCNICA
TECHNICAL FILE
Título:
Solución de GAMESA para Huecos de Tensión con crowbar activo.
GD004239
FECHA: 02/11/04
REV: 0
Pág.1
De 7
Confidencialidad: 3
Doc VWS:
AUTOR/ AUTHOR: JCA
Title:
GAMESA Voltage Ride Through Solution with active crowbar.
REVISADO/CHECKED: MRV
APROBADO/APPROVED: FJI
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document must be returned to Gamesa Eólica S.A. on demand.
INDICE
1.
Objeto ................................................................................................................................................... 2
2.
Alcance................................................................................................................................................. 2
3.
Antecedentes....................................................................................................................................... 2
4.
Solucion GAMESA: Crowbar activo .................................................................................................. 2
5.
Resultados de ensayos en campo. ................................................................................................... 6
INDEX
1.
Objective .............................................................................................................................................. 2
2.
Scope.................................................................................................................................................... 2
3.
Background ......................................................................................................................................... 2
4.
Gamesa solution: active crowbar...................................................................................................... 2
5.
Results from the on-site testing ........................................................................................................ 6
Rev.
Fecha/
Date
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0
02/11/04
JCA
Descripción
Description
Version inicial
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Solución GAMESA para Huecos de Tensión con crowbar activo.
GAMESA Voltage Ride Through Solution with active crowbar.
1. OBJETO
1. OBJECTIVE
El objeto de este documento es la descripción de la The aim of this document is to describe the GAMESA
solución de GAMESA para cumplir las nuevas solution in order to fulfil the new grid code
normativas de red en lo referente a huecos de requirements regarding to the voltage ride through
tensión.
capability.
2. ALCANCE
2.
SCOPE
El presente documento es aplicable a las máquinas The present document applies to the GAMESA DFIM
GAMESA DFIM G5x y G8x con crowbar activo.
G5X and G8X machines.
3. ANTECEDENTES
3. BACKGROUND
Los cortocircuitos en la red eléctrica externa al Short circuits in the power grid external to the wind
parque eólico pueden provocar huecos de tensión de farm may cause voltage dips with several duration
diversas profundidades y duraciones. Estos huecos and depth. These voltage sag propagate to the lower
se propagan a los niveles inferiores llegando a los voltage levels, reaching wind turbine terminals. At
terminales del generador eólico. Actualmente las present, the wind turbines disconnect from the grid
máquinas se desconectan de red cuando la tensión when the grid voltage drops below 90% of the
cae por debajo del 90% de la tensión nominal nominal voltage by means of a passive crowbar that
mediante la actuación de un sistema crowbar pasivo leads to a controlled emergency stop.
que produce una parada de emergencia.
4. SOLUCION GAMESA: CROWBAR ACTIVO
4. GAMESA SOLUTION: ACTIVE CROWBAR
El nuevo diseño de GAMESA para mejorar la The new GAMESA design, required to improve the
respuesta ante huecos de tensión se ajusta a las response to voltage sag, follows the new grid code
nuevas normativas emitidas por REE y EON. La requirements established by REE and EON. The
solución consiste en la instalación de un sistema solution is the installation of an active crowbar system
llamado “crowbar activo” para proteger el convertidor in order to protect the power converter and the UPS
y una UPS para garantizar la alimentación de los required to ensure the supply of the electronic
equipos electrónicos durante el hueco.
equipment during the sag.
4.1 CROWBAR ACTIVO
4.1 THE ACTIVE CROWBAR
El crowbar activo (CA) es una evolución del crowbar The active crowbar kit is an evolution of the passive
pasivo (CP) actualmente presente en la máquina crowbar,
currently
present
in
doubly-fed
wind
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GAMESA Voltage Ride Through Solution with active crowbar.
doblemente alimentada. Este sistema permite la turbines. This system allows the wind turbines to
continuidad de la conexión de la maquina durante un remain connected to the grid during voltage dips and
hueco de tensión y evitar sobretensiones en el bus de to avoid over voltages in the DC bus or over currents
continua o sobrecorrientes que pueden dañar los that may damage power electronic devices.
elementos de electrónica de potencia.
El crowbar activo se conecta de forma sencilla en The active crowbar can be easily connected in
paralelo con el crowbar existente lo que simplifica la parallel with the existing passive crowbar. This
instalación
sobre
las
máquinas
actuales.
Está simplify the retrofit of the existing machines. The
compuesto de un rectificador que alimenta a un active crowbar consists of a rectifier that supplies
dispositivo de electrónica de potencia de resistencia power to a controllable resistance power electronic
controlada.
device.
Tras la conexión del crowbar, el rotor queda After the connection of the crowbar, the rotor is short
cortocircuitado a través de la resistencia controlada lo circuited through a controlled resistor which allows
que permite limitar el valor de las corrientes rotóricas the rotor and stator current and the DC bus voltage to
y estatóricas y la tensión del bus de continua. be limited. During the activation period, only the
Durante el tiempo de activación del crowbar, solo se control with the grid side converter is available. When
dispone de control a cargo del convertidor de lado de the active crowbar is OFF , the power control returns
red. En el momento en que se desconecta, el control to the rotor converter.
de potencia queda de nuevo a cargo del convertidor
del rotor.
Junto con el CA se incluye un SAI para alimentar los Moreover, it is equipped with a UPS to supply power
sistemas vitales de control cuando se pierde la to the critical control systems when power is lost
alimentación durante el hueco de tensión.
during voltage dips.
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GAMESA Voltage Ride Through Solution with active crowbar.
4.2 Perfil de huecos tolerados
4.2 Tolerance to voltage drop profiles
Los aerogeneradores de GAMESA con el sistema The active crowbar in the GAMESA wind generator is
crowbar activo están diseñados para soportar sin designed to tolerate without disconnection the voltage
desconexión las caídas de tensión especificadas en drop specified by the last REE (figure 1) and EON
las últimas normativa de REE (fig. 1) y EON (figura 2) (figure 2) grid code documents.
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Figura 1. Evolvente de las caídas de tensión que deben de ser Figure 1. Shape of the voltage drop requirements at the grid
soportadas en el punto de conexión según normativa de REE.
connection point according to REE grid code.
Figura 2. Evolvente de las caídas de tensión que deben de ser Figure 2: Shape of the voltage drop requirements at the grid
soportadas en el punto de conexión según normativa de EON.
connection point according to EON grid code.
4.3 Control de la tensión de red
4.3 Grid voltage control
Durante
el
hueco,
el
generador
ayuda
a
la During the voltage sag, the generator helps the
estabilización de la red realizando un control de la system by controlling the voltage at the generator
tensión en terminales del generador. El control de terminals. The voltage control is managed by injecting
tensión se realiza inyectando corriente reactiva en reactive current as a function of the residual voltage.
función del valor residual de tensión del hueco (ver (look at figure 3). Then, during the sag, the generation
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figura 3). Para ello, durante el hueco de tensión, se of reactive current is prioritized against the production
prioriza el aporte de corriente reactiva frente al de of active power.
potencia activa.
Intensidad reactiva durante el hueco
1.2
1.2
1
1
Reactive current (p.u.)
Reactive current (p.u.)
Intensidad reactiva durante el hueco
0.8
0.6
0.4
0.2
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0
0
10
20
30
40
50
60
Hueco (% Vnom )
70
80
90
100
0
10
20
30
40
50
60
Hueco (% Vnom )
70
80
90
100
Figura 3: Intensidad reactiva durante el hueco en función de la Figure 3: Reactive current during the voltage sag as a function of
tensión de red.
the terminal voltage.
Durante el periodo de activación del crowbar el During the crowbar activation period the voltage
control de tensión se realiza por parte del convertidor control is carried out by the grid side converter and
de red y tras la desactivación del crowbar, el control after disconnection the control is made by the rotor
se realiza únicamente a través del convertidor de side converter only.
rotor.
4.4 Recuperación de potencia activa
4.4 Active power recovery
Una vez recuperada la tensión, la potencia activa se Once the grid voltage is restored, the active power
lleva a los valores iniciales mediante una rampa production returns to the initial state by means of a
controlada. Esta rampa de incremento de potencia controlled ramp up. This ramp up is set to a value of
esta establecida en un valor de aproximadamente approximately 2.5xPnom /s.
2.5 x Pnom / s.
4.5 Respuesta frente a un hueco de tensión
4.5 Generator response to a voltage sag
La respuesta del generador a un hueco de tensión The generator response to a voltage drop depends on
depende de la profundidad y duración del hueco pero the duration and length of the sag. In general terms ,
en términos generales el comportamiento es el the behaviour during the dip is as follow:
siguiente:
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GAMESA Voltage Ride Through Solution with active crowbar.
1.- Cuando se produce una caída brusca de tensión 1. When the voltage sudden drops, a peak stator
se produce un pico inicial de corriente en el estator current is produced and it is transmitted to the rotor
del generador que se transmite al circuito rotórico.
circuit.
2.- Para proteger los elementos sensibles del rotor se 2. In order to protect the electronic devices, the active
activa el crowbar activo que lleva las corrientes a una crowbar is activate and manage to control the rotor
situación controlada. El crowbar se mantiene activo and stator currents. The crowbar is active for about
durante unos 100 ms.
100 ms.
3.- Una vez activado el crowbar, comienza el modo 3.- Once activated, the grid side converter starts the
voltage control mode.
control de tensión por parte del convertidor de red.
4.- Una vez desactivado el crowbar activo continua el 4.- Once the crowbar is OFF, the voltage control is
modo de control de tensión por parte del convertidor carried out by the rotor converter. The injected
de rotor. Se inyecta corriente reactiva que ayuda a la reactive current helps to recover the grid stability
estabilización de la red
5. –Una vez recuperada la tensión se retorna a los 5 Once the voltage is recovered, a controlled ramp up
valores iniciales de potencia activa y reactiva return active and reactive power to the initial values.
siguiendo rampas controladas.
El crowbar activo solo se conecta para proteger el The active crowbar is only connected to protect the
circuito rotórico durante caídas de tensión muy rotor circuit for severe voltage drops. Less sever
pronunciadas. Caídas de tensión más leves son voltage drop are ride through without the actuation of
soportadas sin la actuación del crowbar.
the active crowbar system.
5. RESULTADOS DE ENSAYOS EN CAMPO.
5. RESULTS FROM THE ON-SITE TESTING
El
crowbar
activo
se
ha
instalado
en
un The active crowbar has been installed on a grid
aerogenerador G80 conectado a la red. Se han connected G80 wind generator. Three phase voltage
forzado huecos de tensión trifásicos de hasta el 75% sag of up to 75% and 500 ms length has been forced
con duración de 500 ms en terminales del generador. at the generator terminal. The stator current and
Se han registrado los valores de tensión y corriente voltage value have been registered. The results show
durante la falta. Los resultados muestran que la that the machine go through the dip, It performs the
maquina supera el hueco, realiza el control de voltage control by injecting reactive current during the
tensión aportando corriente reactiva y recupera su sag and returns to the initial state once the voltage is
estado inicial una vez despejada la falta. En la figura recovered. In the figure 4 the current, voltage and
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GAMESA Voltage Ride Through Solution with active crowbar.
4 pueden verse los valores de intensidad, tensión y power instantaneous values during the dip can be
Power (kW)
100
90
80
70
60
50
40
30
20
2500
2000
1500
1000
500
0
-500
-1000
0
0,2
0,4
0,6
IA
0,8
1
IB
Reactiv (kVar)
100
90
80
70
60
50
40
30
20
2500
2000
1500
1000
500
0
-500
-1000
0
0,2
IC
0,4
0,6
IA
12000
12000
8000
8000
4000
0
-4000
-8000
V3 (% Vnom)
3000
1,2
Current output (A)
Current output (A)
V3 (% Vnom)
Active and Reactive Power (kW)
Reactiv (kVar)
3000
Voltage (% Vnom)
Active and Reactive Power (kW)
Power (kW)
seen.
0,8
1
IB
Voltage (% Vnom)
potencias instantáneas durante y después del hueco.
1,2
IC
4000
0
-4000
-8000
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
Figura 4:.Ensayos en campo en la máquina GAMESA G80.
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
Figure 4: Results from the on-site testing of the GAMESA G80.