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WO2007057493A2 - Dispositivo eléctrico-electrónico para medición y emulación de sistemas eólicos. - Google Patents

Dispositivo eléctrico-electrónico para medición y emulación de sistemas eólicos. Download PDF

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Publication number
WO2007057493A2
WO2007057493A2 PCT/ES2006/000643 ES2006000643W WO2007057493A2 WO 2007057493 A2 WO2007057493 A2 WO 2007057493A2 ES 2006000643 W ES2006000643 W ES 2006000643W WO 2007057493 A2 WO2007057493 A2 WO 2007057493A2
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
electrical
wind
wind system
control unit
systems
Prior art date
Application number
PCT/ES2006/000643
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English (en)
French (fr)
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WO2007057493A3 (es
Inventor
Eugenio Guelbenzu Michelena
Pablo SANCHÍS GÚRPIDE
Alfredo URSÚA RUBIO
Luis Marroyo Palomo
Luis María GANDÍA PASCUAL
Pedro María DIEGUEZ ELIZONDO
Original Assignee
Acciona Biocombustibles, S.A.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Acciona Biocombustibles, S.A. filed Critical Acciona Biocombustibles, S.A.
Publication of WO2007057493A2 publication Critical patent/WO2007057493A2/es
Publication of WO2007057493A3 publication Critical patent/WO2007057493A3/es

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D7/00—Controlling wind motors 
    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/04—Automatic control; Regulation
    • F03D7/042—Automatic control; Regulation by means of an electrical or electronic controller
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2220/00—Application
    • F05B2220/61—Application for hydrogen and/or oxygen production
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

Definitions

  • the following invention refers to an electric-electronic device for measurement and emulation of wind systems, which aims to physically emulate the electrical behavior of wind systems, so that the Physical emulation of said electrical behavior can be done both from the recorded data and from directly programmed profiles.
  • the device allows to analyze the different configurations that a wind system can have and test its behavior against external loads, in the case of isolated systems, or electrical networks, in the case of systems connected to the network, repeating the tests so many times as necessary without depending on the variability inherent in the wind resource.
  • the device presented is also applicable in isolated loads powered by wind systems such as battery charging, seawater desalination systems, electro-zinc processes, etc.
  • wind power production systems The purpose of wind power production systems is to convert the kinetic energy of wind (wind energy) into electrical energy, this conversion being carried out at different stages.
  • this subsystem is formed by an aerodynamic system of blades that rotates an axis mechanic.
  • a mechanical train is placed which, depending on the configuration of the wind system, can have a reducing element. This mechanical train is responsible for transporting and conditioning the mechanical energy.
  • an electric generator is located whose mission is to transform the mechanical energy in the axis into electrical energy.
  • This electrical energy produced by the electric generator usually requires a new conversion to adapt it to the needs of the electricity grid, in the case of wind systems connected to the grid, or of coupled loads, in the case of isolated wind systems. This last stage of conversion is done through the electronic conversion subsystem.
  • these emulators basically consist of one or several electric motors housed in a bench that are controlled by electronic equipment so that they reproduce on their axis mechanical pairs similar to those produced by the wind system's pickup subsystem, including mechanical oscillations, transient variations wind power, etc.
  • Some examples can be seen in [BAT 96], [CHI 04], [PEN 01], [DOL 04], [RAB 04] and [HAK 99].
  • the electric motor used in these emulators can be of different types, and thus, DC motors with independent excitation can be used (see [BAT 96] and [CHI 04]), permanent magnet synchronous motors (see [DOL 04] ), induction motors (see [HAK 99]), etc.
  • the aforementioned emulators emulate only the physical behavior of the wind energy sensing subsystem and, where appropriate, together with the mechanical train. In other words, they emulate only the mechanical energy in the shaft.
  • an electric-electronic device for measurement and emulation of wind systems is described, by means of which it is possible to measure and emulate the electrical behavior of a complete wind system, and, in this way, feed the insulated electric profile with isolated loads , so that the electric-electronic device comprises: - a command and control unit; - a means of converting electrical energy controlled by the command and control unit, the means of converting electrical energy being connectable to both a wind system and a plurality of external loads, and;
  • the command and control unit adapts and controls the operation of the electric energy conversion means for measuring and recording through the measuring means and for a predetermined period of time, the electrical variables of the wind system, such as current, voltage, power, energy, etc.
  • the command and control unit adapts and controls the operation of the means of conversion of electric energy to emulate the operation or electrical behavior of the wind system in accordance with the electrical variables previously measured and recorded.
  • the command and control unit may be defined by a microprocessor incorporated in a personal computer, while the means of converting electrical energy may be defined by an electronic converter that will incorporate the means of measuring the electrical variables of the wind system.
  • command and control unit is adapted to generate an opening and closing signal of a first interruption means connected in series to a wind system.
  • the command and control unit is adapted to generate a second opening and closing signal of a second interruption means connected in series to external loads.
  • the command and control unit calculates, by means of programmed algorithms, the operation or electrical behavior of a wind system from series of parameters or data referring to different operating conditions and adapts and controls the operation of the means of conversion of electrical energy to emulate the operation or electrical behavior of the system wind.
  • the command and control unit adapts and controls the operation of the means of conversion of electrical energy to emulate different profiles of electrical energy that are not wind energy, such as step signals, triangular signals, ramp signals, sinusoidal signals, signals with profile random, etc.
  • the command and control unit is adapted to select the mode of operation of the energy conversion means during the measurement and recording of the electrical operation of the wind system by means of a direct connection of the wind system to the electricity network or by operating the energy conversion means As a controlled power grid.
  • the command and control unit is adapted to calculate the performance and harmonic distortion of external loads and characterize their electrical behavior.
  • the means of converting electrical energy can be connected to an electrolyzer for hydrogen production and the command and control unit will be adapted to create laboratory controlled conditions that allow standardizing the criteria for the study, analysis, design, development and comparison of electrolyzers for hydrogen production.
  • Figure 1 It shows a scheme of the electrical-electronic device defined, basically, by a microprocessor housed in a personal computer and an electronic converter.
  • Figure 2. It shows a view of a series of configurations of a wind system to feed loads continuously such as an electrolyzer for hydrogen production.
  • Figure 3. Shows a view of a first mode of operation of a wind system from which the flow of information flows to the electronic converter and from it to the microprocessor, in order to measure and record the electrical behavior of the wind system.
  • Figure 4 Shows a view of a second mode of operation in which the electrical behavior of a real wind system is emulated.
  • Figure 5 Shows a view of a scheme of the device object of the invention in its different modes of operation.
  • Figure 6 It shows two graphs corresponding to two tests of the device as an emulator of two wind systems, feeding in both cases an electrolyzer for hydrogen production with the electric power profile related to them. DESCRIPTION OF A PREFERRED EMBODIMENT.
  • the object of the present invention has as one of its main characteristics its ability to analyze both wind systems and its connection to electrical networks or loads.
  • a wind system As a wind system is known, it can be configured in many different ways, both in terms of networked systems and isolated systems. In the particular case of isolated systems with continuous loads, such as electrolyzers for hydrogen production, some of the most common configurations are shown in Figure 2 of the designs, such as:
  • the invention object of the patent is justified in the need to reproduce in the laboratory the behavior of these configurations of wind systems as many times as necessary, that is, with identical repetitive tests that, on the other hand, are impossible to perform in a wind system real given the variability of the wind resource.
  • this ability of the invention to emulate the electrical behavior of a wind system is increased thanks to the fact that the invention is also capable of measuring and recording the electrical behavior of wind systems, as Devalla in the next section.
  • the electrical-electronic device for measurement and emulation of wind systems is based on the known systems that generate electrical energy from the kinetic energy of the wind and which are usually composed of:
  • Wind collector It is responsible for transforming part of the kinetic energy of the wind into mechanical energy.
  • Electronic conversion subsystem It is responsible for conditioning the electrical energy generated by the electric generator to the needs of the load, in the case of isolated wind systems, or of the electric network, in the case of wind systems connected to the network. On exceptional occasions, a direct connection of the electric generator can be made to the power grid or to the loads, in this case the electronic conversion subsystem is dispensed with.
  • the "electric-electronic device for measurement and emulation of wind systems” has two general modes of operation, one of them being “recorder of the electrical variables of a wind system” and the other as “emulation of a wind system ".
  • the device 1 records the electrical behavior of a wind system 6 from the measurement of its electrical output variables. As shown in the cited figure, the required information flow flows from the wind system 6 to the electronic converter 4, and from it to the microprocessor 2.
  • the second mode of operation called “emulation of a wind system”, is represented in Figure 4 of the designs, so that in this mode of operation, the device 1 emulates the electrical behavior of a real wind system 6. As shown in the aforementioned figure 4, the flow of information now circulates from the microprocessor 2 to the electrolyser 7, passing through the electronic converter 4.
  • the emulation of the wind system can be carried out in different ways, and, thus, in the first place, the emulation can be carried out from the measurements of the electrical variables of a wind system 6, either performed by the device 1 functioning as a recorder (first mode of operation), or by other industrial equipment that can perform this function.
  • the device 1 object of the invention behaves identically to the real wind system from which the measurements of the electrical variables have been made.
  • the reproduction can be carried out in the laboratory as many times as necessary for the testing of any configuration of the wind system by feeding loads or connected to the network.
  • the device 1 also allows the emulation of the electrical behavior of a wind system obtained in the laboratory, not by the direct measurement of the electrical variables of the real wind system, but by the use of measured data from other variables ( wind data, mechanical power on the shaft, etc.).
  • the device calculates and generates the most convenient wind energy profiles.
  • the device allows to create controlled conditions in the laboratory that allow standardizing the criteria for the study, analysis, design, development and comparison of electrolyzers for hydrogen production when fed by wind systems.
  • the device can also emulate different profiles of electrical power signals, this allows testing electrolysers with power supply profiles of different characteristics than those given in wind systems, such as step or ramp response tests, versus tests to profiles with harmonic components of different frequencies, etc.
  • microprocessor 2 The basic functions of microprocessor 2 are as follows:
  • the electronic converter 4 is generally constituted by the following stages: Power stage Control stage - Sensing stage or measurement of variables
  • Figure 5 shows the scheme of the device object of the invention in its modes of operation, having represented the stage of measurement of variables as an external stage to the electronic converter 4 in order to facilitate the interpretation of its operation.
  • the electronic converter 4, as well as the personal computer 3 in which the microprocessor 2 is housed, are connected to the electrical network.
  • the electric-electronic device 1 is constituted by a command and control unit defined by a microprocessor 2 and an electric power conversion means, defined by an electronic converter 4, controlled by the microprocessor 2, the electronic converter 4 to convert electrical energy to both a wind system 6 and a plurality of external loads 7, and whose electronic converter incorporates a means 5 for measuring the electrical variables of the wind system 6, such as current, voltage, power, energy, etc.
  • the command and control unit adapts and controls the operation of the electric energy conversion means (electronic converter 4) to measure and record through the measuring means 5 and for a predetermined period of time, the electrical variables of the wind system 6.
  • the command and control unit adapts and controls the operation of the electric energy conversion means (electronic converter 4) to emulate the operation or behavior Electrical system 6 according to previously measured and recorded electrical variables.
  • microprocessor 2 is adapted to generate an opening and closing signal of a first interruption means 8 connected in series to a wind system 6, and also the command and control unit
  • microprocessor 2 is adapted to generate a second opening and closing signal of a second interruption means 9 connected in series to external loads 7.
  • the command and control unit calculates by means of programmed algorithms the operation or electrical behavior of a wind system 6 from series of parameters or data referring to different operating conditions and adapts and controls the operation of the means of conversion of electrical energy (electronic converter 4) to emulate the operation or electrical behavior of the wind system.
  • the means of conversion of electrical energy electronic converter 4
  • Power stage consisting of a three-phase transformer, a three-phase rectifier, a dc / dc power conversion structure and an output filter.
  • the transformer transforms the amplitude of the voltage of the electrical network into another of suitable value for the three-phase rectifier and the rectifier converts the alternating voltages and currents into continuous voltages and currents.
  • the dc / dc power conversion structure converts the continuous currents and voltages from the rectifier into other currents and continuous voltages whose profiles are controlled according to the wind system or any other electrical profile to be emulated.
  • the output filter is responsible for attenuating the switching harmonics and possible disturbances that affect the power system.
  • the power stage is connected to a real wind system in the "recorder” operating mode, and to isolated loads, such as electrolysers, in the "wind emulator” operating mode.
  • the power stage allows you to choose between two ways to connect the wind system whose electrical behavior is subject to measurement.
  • a direct connection of the wind system to the electricity network can be made, and, secondly, the power stage can be configured to be used as a second controlled electrical network.
  • the aforementioned dc / dc conversion structure is modularly enlarged to become a single-phase or three-phase dc / ac conversion structure as required.
  • control stage formed by the electronic card and the drivers the electronic control card being an inferface between the microcontroller and the drivers, in which the control of the conversion structure previously mentioned in the power stage is performed in an analog way , both in the "recorder" mode and in the mode
  • wind emulator This control can also be done digitally with the microcontroller. In this card, different signals are also conditioned. The drivers are responsible for activating and deactivating the power semiconductors that are part of the conversion structure.
  • Protection stage responsible for the safety of the device For this it consists of different protections, such as against short circuits, overcurrents, surges, high temperature, etc.
  • the microcontroller has different functions, making the computer in which the user interface microcontroller is housed, allowing its control and programming in order to operate the device in the desired way, and, likewise, monitoring the measured variables.
  • the type of electrical profile of power, current, voltage, etc. is introduced into the microcontroller. This profile may be desired to test electrolysers or other charges.
  • the control of the electronic converter based on the measured values of the electrical variables. The control of the converter can be carried out through the regulation of the current, the voltage or the electrical power.
  • the microcontroller is responsible for recording the system data (different voltages and currents, temperatures, different states of the electrolyzer or other charges, activation of protections, etc.) as well as their storage in a database. From the stored data, the microprocessor monitors the evolution of the different variables to be analyzed in the personal computer. In particular, in the operating mode as a "recorder", the microcontroller stores the electrical variables of the real wind system for later physical emulation in the operating mode as "wind emulator".
  • system data different voltages and currents, temperatures, different states of the electrolyzer or other charges, activation of protections, etc.
  • the microcontroller manages the protocol of protections and alarms between the electronic converter and the connected loads, such as electrolysers, in the case of functioning as a "wind emulator", and between the converter and the wind system, in the case of functioning as a "registrar”.
  • the electrical-electronic device object of the present invention has as an essential feature the ability to emulate the electrical behavior of the "complete" wind system, that is, including the electric generator and the conversion subsystem, unlike the current equipment that is only capable to emulate the mechanical part of the wind system.
  • the device functions as an emulator of two wind systems and in both cases feeds an electrolyzer for hydrogen production with the electric power profile corresponding to said wind systems.
  • the current that is injected into the electrolyser and the voltage at its terminals are presented, by emulating the electrical behavior of a wind system constituted by an asynchronous type electric generator, connected to turn to an electronic conversion subsystem.
  • This subsystem is formed in this case by a three-phase semi-controlled rectifier that includes three power semiconductors of the SCR type in the upper part and another three of the diode type in the lower part.
  • Graph "b" of said figure 6 shows the current that is injected into the electrolyser and the voltage at its terminals, by emulating the electrical behavior of a wind system constituted this time by a continuous electric generator connected to a subsystem of electronic conversion formed by a DC-DC controlled converter.
  • the electric-electronic device object of the present invention is of particular utility for:

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Abstract

Dispositivo eléctrico-electrónico para medición y emulación de sistemas eólicos, mediante el cual se permite medir y emular el comportamiento eléctrico de un sistema eólico completo, y, de esta manera, alimentar con el perfil eléctrico emulado cargas aisladas, comprendiendo el dispositivo (1) una unidad de mando y control (2); un medio (4) de conversión de energía eléctrica controlado por la unidad de mando y control (2), siendo conectable el medio (4) de conversión de energía eléctrica tanto a un sistema eólico (6) como a una pluralidad de cargas externas (7), y; un medio (5) de medición.

Description

DISPOSITIVO ELÉCTRICO-ELECTRÓNICO PARA MEDICIÓN Y EMULACIÓN DE SISTEMAS EÓLICOS.
OBJETO DE LA INVENCIÓN.
La siguiente invención, según se expresa en el enunciado de Ia presente memoria descriptiva, se refiere a un dispositivo eléctrico- electrónico para medición y emulación de sistemas eólicos, el cual tiene por objeto emular físicamente el comportamiento eléctrico de sistemas eólicos, de forma que Ia emulación física de dicho comportamiento eléctrico puede realizarse tanto a partir de los datos registrados como de perfiles programados directamente.
De esta manera, el dispositivo permite analizar las distintas configuraciones que puede tener un sistema eólico y ensayar su comportamiento ante cargas extemas, en el caso de sistemas aislados, o redes eléctricas, en el caso de sistemas conectados a red, repitiendo los ensayos tantas veces como sea necesario sin depender de Ia variabilidad inherente al recurso eólico.
CAMPO DE APLICACIÓN.
En Ia presente memoria se describe un dispositivo eléctrico- electrónico para medición y emulación de sistemas eólicos, el cual es de especial aplicación para analizar el funcionamiento de electrolizadores para producción de hidrógeno cuando éstos son alimentados por un sistema eólico.
Asimismo, el dispositivo que se presenta también es de aplicación en cargas aisladas alimentadas por sistemas eólicos como son Ia carga de baterías, sistemas de desalación de agua de mar, procesos de electrozincado, etc.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN,
Los sistemas eólicos de producción de energía eléctrica tienen por objeto convertir Ia energía cinética del viento (energía eólica) en energía eléctrica, llevándose a cabo esta conversión en diferentes etapas.
Así, en primer lugar, existe un subsistema captador de energía eólica que transforma Ia energía cinética del viento en energía mecánica rotatoria en un eje. Normalmente, este subsistema está formado por un sistema aerodinámico de palas que hace girar un eje mecánico.
A continuación se sitúa un tren mecánico que, dependiendo de Ia configuración del sistema eólico, puede llevar un elemento reductor. Este tren mecánico se encarga de transportar y acondicionar Ia energía mecánica.
Posteriormente se sitúa un generador eléctrico cuya misión es transformar Ia energía mecánica en el eje en energía eléctrica. Esta energía eléctrica producida por el generador eléctrico suele requerir habitualmente una nueva conversión para adecuarla a las necesidades de Ia red eléctrica, en el caso de los sistemas eólicos conectados a red, o de las cargas acopladas, en el caso de los sistemas eólicos aislados. Esta última etapa de conversión se realiza mediante el subsistema de conversión electrónica.
El estudio y análisis de un sistema eólico requiere habitualmente Ia realización de ensayos sobre el mismo. Lógicamente, entre dichos ensayos deben incluirse aquellos en los que se haga trabajar al sistema bajo condiciones de funcionamiento reales, esto es, bajo condiciones reales de viento, temperatura, etc. Sin embargo, Ia propia variabilidad del recurso eólico limita fuertemente Ia eficacia de dichos ensayos, al ser imposible Ia repetición de los mismos con objeto de contrastar el comportamiento de diferentes sistemas eólicos bajo las mismas condiciones de funcionamiento.
A menudo se han utilizado herramientas informáticas de simulación para estudiar sistemas eólicos y comparar su funcionamiento bajo idénticas condiciones de trabajo. Algunos simuladores, los más sencillos, permiten simular el funcionamiento en estado estacionario del sistema eólico, mientras que otros más avanzados llegan a realizar simulaciones dinámicas y transitorias. Sin embargo, Ia utilización de simuladores informáticos limita considerablemente Ia validez de los resultados obtenidos, al ser imposible modelar e integrar en el simulador todos los elementos y efectos de un sistema real.
Ante las limitaciones propias de los simuladores informáticos, se ha planteado a menudo el diseño y desarrollo de sistemas físicos que permitan emular las condiciones de trabajo de un sistema eólico, obteniendo de esta manera resultados más fiables y cercanos al funcionamiento real del sistema. Estos emuladores, que suelen denominarse "Wi nd Turbine Emulators" realizan Ia emulación física únicamente del subsistema captador de energía eólica y en su caso del correspondiente tren mecánico.
Así, estos emuladores consisten básicamente en uno o varios motores eléctricos alojados en una bancada que son controlados mediante un equipo electrónico de forma que reproduzcan en su eje pares mecánicos similares a los producidos por el subsistema captador del sistema eólico, incluyendo oscilaciones mecánicas, variaciones transitorias de potencia eólica, etc. Algunos ejemplos pueden verse en [BAT 96], [CHI 04], [PEN 01], [DOL 04], [RAB 04] y [HAK 99].
El motor eléctrico utilizado en estos emuladores puede ser de distintos tipos, y, así, pueden emplearse motores de corriente continua con excitación independiente (véase [BAT 96] y [CHI 04]), motores síncronos de imanes permanentes (véase [DOL 04]), motores de inducción (véase [HAK 99]), etc.
Los emuladores anteriormente citados emulan únicamente el comportamiento físico del subsistema captador de energía eólica y, en su caso, junto con el tren mecánico. Dicho de otro modo, emulan tan solo Ia energía mecánica en el eje.
En Ia concepción de estos emuladores no entra, por tanto, el concepto de emulación de Ia energía eléctrica de salida de un sistema eólico, es decir, de Ia energía eléctrica generada después de las etapas correspondientes al generador eléctrico y al subsistema de conversión electrónica.
Por este motivo, los emuladores convencionales no sirven para emular el funcionamiento real de todo un sistema eólico, visto éste como un sistema de generación de energía eléctrica. En definitiva, estos emuladores convencionales no permiten analizar Ia interacción de un determinado sistema eólico con Ia red eléctrica, en el caso de los sistemas eólicos conectados a red, o con cargas, en el caso de los sistemas eólicos autónomos o aislados. Referencias: - [BAT 96] P. E. Battaiotto, R. J. Mantz and P. F. Puleston, "A wind turbine emulator based on a dual DSP processor system", Control Engineering Practice, vol. 4, no. 9, Sept. 1996, pp. 1261-1266.
- [CHI 04] M. Chinchilla, S. Arnaltes and J. L. Rodríguez- Amenedo, "Laboratory set-up for wind turbine emulatíon",
2004 IEEE International Conference on Industrial Technology, 2004, vol. 1, pp. 553-557.
- [DOL 04] D. S. L. Dolan and P. W. Lehn, "Real-time wind turbine emulator suitable for power quality and dynamic control studies", International Conference on Power
Systems Transients, IPST'05, June 2005.
- [HAK 99] Z. Hakan Akpolat, G. M. Asher and J. C. Clare, "Dynamic emulation of mechanical loads using a vector- controlled induction motor-generator set", IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 46, no. 2, April
1999, pp. 370-379.
- [PEN 01] R. Pena, R. Cárdenas, R. Blasco, G. Asher and J. Clare, "A cage induction generator using back to back PWM converters for variable speed grid connected wind energy system", 2001 27th Annual Conference of the IEEE
Industrial Electronics Society, IECON'01, Dec. 2001, vol. 2, pp. 1376-1381.
- [RAB 04] B. Rabelo, W. Hofmann and M. Gluck, "Emulation of the static and dynamic behaviour of a wind- turbine with a DC-machine drive", 2004 IEEE 35th Annual
Power Electronics Specialϊsts Conference, 2004, vol. 3, pp. 2107-2112.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN.
En Ia presente memoria se describe un dispositivo eléctrico- electrónico para medición y emulación de sistemas eólicos, mediante el cual se permite medir y emular el comportamiento eléctrico de un sistema eólico completo, y, de esta manera, alimentar con el perfil eléctrico emulado cargas aisladas, de forma que el dispositivo eléctrico- electrónico comprende: - una unidad de mando y control; - un medio de conversión de energía eléctrica controlado por Ia unidad de mando y control, siendo conectable el medio de conversión de energía eléctrica tanto a un sistema eólico como a una pluralidad de cargas externas, y;
- un medio de medición, de manera que estando el dispositivo eléctrico-electrónico conectado a un sistema eólico, Ia unidad de mando y control adapta y controla el funcionamiento del medio de conversión de energía eléctrica para medir y registrar a través del medio de medición y durante un periodo de tiempo predeterminado, las variables eléctricas del sistema eólico, tales como corriente, tensión, potencia, energía, etc..
Por otra parte, estando el dispositivo eléctrico-electrónico conectado a una pluralidad de cargas externas, Ia unidad de mando y control adapta y controla el funcionamiento del medio de conversión de energía eléctrica para emular el funcionamiento o comportamiento eléctrico del sistema eólico de acuerdo con las variables eléctricas previamente medidas y registradas.
La unidad de mando y control puede estar definida por un microprocesador incorporado en un ordenador personal, en tanto que el medio de conversión de energía eléctrica puede estar definido por un convertidor electrónico que incorporará el medio de medición de las variables eléctricas del sistema eólico.
Asimismo, Ia unidad de mando y control está adaptada para generar una señal de apertura y cierre de un primer medio de interrupción conectado en serie a un sistema eólico.
Igualmente, Ia unidad de mando y control está adaptada para generar una segunda señal de apertura y cierre de un segundo medio de interrupción conectado en serie a cargas externas. La unidad de mando y control calcula, mediante unos algoritmos programados, el funcionamiento o comportamiento eléctrico de un sistema eólico a partir de series de parámetros o datos referentes a diferentes condiciones de funcionamiento y adapta y controla el funcionamiento del medio de conversión de energía eléctrica para emular el funcionamiento o comportamiento eléctrico del sistema eólico.
La unidad de mando y control adapta y controla el funcionamiento del medio de conversión de energía eléctrica para emular diferentes perfiles de energía eléctrica que no tengan carácter eólico, como pueden ser señales escalón, señales triangulares, señales en rampa, señales sinusoidales, señales con perfil aleatorio, etc..
La unidad de mando y control está adaptada para seleccionar el modo de funcionamiento del medio de conversión de energía durante Ia medición y registro del funcionamiento eléctrico del sistema eólico mediante una conexión directa del sistema eólico a Ia red eléctrica o funcionando el medio de conversión de energía como una red eléctrica controlada.
La unidad de mando y control está adaptada para calcular el rendimiento y distorsión armónica de las cargas externas y caracterizar su comportamiento eléctrico.
En una ejecución practica de Ia invención el medio de conversión de energía eléctrica puede estar conectado a un electrolizador para producción de hidrógeno y Ia unidad de mando y control estará adaptada para crear condiciones controladas en laboratorio que permitan estandarizar los criterios para el estudio, análisis, diseño, desarrollo y comparación de electrolizadores para producción de hidrógeno.
Para complementar Ia descripción que seguidamente se va a realizar, y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de Ia invención, se acompaña a Ia presente memoria descriptiva, de un juego de planos, en cuyas figuras de forma ilustrativa y no limitativa, se representan los detalles más característicos de Ia invención.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DISEÑOS. Figura 1. Muestra un esquema del dispositivo eléctrico- electrónico definido, básicamente, por un microprocesador alojado en un ordenador personal y un convertidor electrónico.
Figura 2. Muestra una vista de una serie de configuraciones de un sistema eólico para alimentar cargas en continua tal y como puede ser un electrolizador para producción de hidrógeno. Figura 3. Muestra una vista de un primer modo de funcionamiento de un sistema eólico del cual fluye el flujo de información al convertidor electrónico y de éste al microprocesador, con objeto de medir y registrar el comportamiento eléctrico del sistema eólico.
Figura 4. Muestra una vista de un segundo modo de funcionamiento en el que se emula el comportamiento eléctrico de un sistema eólico real.
Figura 5. Muestra una vista de un esquema del dispositivo objeto de Ia invención en sus diferentes modos de funcionamiento.
Figura 6. Muestra dos gráficas correspondientes a sendos ensayos del dispositivo como emulador de dos sistemas eólicos alimentando en ambos casos un electrolizador para producción de hidrógeno con el perfil de potencia eléctrica relativa a los mismos. DESCRIPCIÓN DE UNA REALIZACIÓN PREFERENTE.
Como ya hemos indicado, el objeto de Ia presente invención tiene como una de sus características principales su capacidad de analizar tanto sistemas eólicos como su conexión a redes eléctricas o cargas. Por otra parte, como es conocido un sistema eólico puede configurarse de muy diversas maneras, tanto en Io que concierne a sistemas conectados a red como a sistemas aislados. En el caso particular de sistemas aislados con cargas en continua, como son los electrolizadores para producción de hidrógeno, se muestran en Ia figura 2 de los diseños algunas de las configuraciones más habituales, como son:
- Sistema eólico cuyo generador eléctrico 10 es una máquina eléctrica de continua (de), que se conecta directamente al electrolizador 7 (carga externa). - Sistema eólico cuyo generador eléctrico 11 es una máquina eléctrica de continua (de), que se conecta a un subsistema 12 de conversión electrónica basado en un convertidor dc-dc controlado por modulación de ancho de pulso (PWM). La salida de esta etapa de conversión se conecta al electrolizador 7. - Sistema eólico cuyo generador eléctrico 13 es una máquina eléctrica de alterna (ac) de tipo asincrona o síncrona, que se conecta a un subsistema 14 de conversión electrónica basado en un convertidor ac-dc. Este convertidor se controla por modulación de ancho de pulso (PWM). La salida de esta etapa de conversión se conecta al electrolizador 7.
- Sistema eólico cuyo generador eléctrico 15 es una máquina eléctrica de alterna (ac) de tipo asincrona o síncrona, que se conecta a un subsistema 16 de conversión electrónica basado en un convertidor ac-dc de tiristores. Este convertidor puede ser controlado o semicontrolado. La salida de esta etapa de conversión se conecta al electrolizador 7. - Sistema eólico cuyo generador eléctrico 17 es una máquina eléctrica de alterna (ac) de tipo asincrona o síncrona, que se conecta a un subsistema 18 de conversión electrónica basado en un convertidor ac-dc no controlado de diodos. La salida de esta etapa de conversión se conecta al electrolizador 7.
De igual manera, en el caso de los sistemas eólicos aislados con cargas en alterna también existen diversas configuraciones. Asimismo, en el caso de los sistemas eólicos conectados a red, también pueden darse distintas configuraciones en función del tipo de generador eléctrico empleado y del subsistema de conversión electrónica.
La invención objeto de Ia patente se justifica en Ia necesidad de reproducir en laboratorio el comportamiento de estas configuraciones de sistemas eólicos tantas veces como sea necesario, es decir, con ensayos repetitivos idénticos que, por otro lado, son imposibles de realizar en un sistema eólico real dada Ia variabilidad del recurso eólico. Además, esta capacidad que presenta Ia invención de emular el comportamiento eléctrico de un sistema eólico se ve incrementada gracias a que Ia invención también es capaz de medir y registrar el comportamiento eléctrico de sistemas eólicos, como se devalla en el siguiente apartado.
El dispositivo eléctrico-electrónico para medición y emulación de sistemas eólicos, objeto de Ia invención, se basa en los conocidos sistemas que generan energía eléctrica a partir de Ia energía cinética del viento y que están compuestos habitualmente por el conjunto de:
- Captador eólico: Se encarga de transformar parte de Ia energía cinética del viento en energía mecánica.
- Tren mecánico: Se encarga de transportar y acondicionar Ia energía mecánica.
- Generador eléctrico: Se encarga de transformar Ia energía mecánica en energía eléctrica.
Subsistema de conversión electrónica: Se encarga de acondicionar Ia energía eléctrica generada por el generador eléctrico a las necesidades de Ia carga, en el caso de sistemas eólicos aislados, o de Ia red eléctrica, en el caso de sistemas eólicos conectados a Ia red. En ocasiones excepcionales, puede realizarse una conexión directa del generador eléctrico a Ia red eléctrica o a las cargas, prescindiéndose en este caso del subsistema de conversión electrónica.
Así, el "dispositivo eléctrico-electrónico para medición y emulación de sistemas eólicos", presenta dos modos generales de funcionamiento, siendo uno de ellos como "registrador de las variables eléctricas de un sistema eólico" y el otro como "emulación de un sistema eólico".
De esta forma, en Ia figura 3 de los diseños se muestra una representación sencilla del primer modo de funcionamiento, que se identifica como registrador de las variables eléctricas de un sistema eólico.
En este modo de funcionamiento, el dispositivo 1 registra el comportamiento eléctrico de un sistema eólico 6 a partir de Ia medición de sus variables eléctricas de salida. Tal y como se muestra en Ia figura citada, el flujo de información requerido fluye del sistema eólico 6 al convertidor electrónico 4, y de éste al microprocesador 2. El segundo modo de funcionamiento, denominado "emulación de un sistema eólico", se representa en Ia figura 4 de los diseños, de forma que en este modo de funcionamiento, el dispositivo 1 emula el comportamiento eléctrico de un sistema eólico 6 real. Como se muestra en Ia citada figura 4, el flujo de información circula ahora desde el microprocesador 2 hacia el electrolizador 7, pasando por el convertidor electrónico 4.
La emulación del sistema eólico puede llevarse a cabo de distintas maneras, y, así, en primer lugar, Ia emulación puede realizarse a partir de las mediciones de las variables eléctricas de un sistema eólico 6, bien sea realizadas por el dispositivo 1 funcionando como registrador (primer modo de funcionamiento), o por otros equipos industriales que puedan realizar esta función.
Realizando Ia emulación de esta manera, se consigue que el dispositivo 1 objeto de invención se comporte de forma idéntica al sistema eólico real del que se han realizado las mediciones de las variables eléctricas.
La reproducción puede llevarse a cabo en el laboratorio tantas veces como sea necesario para el ensayo de cualquier configuración de sistema eólico alimentando a cargas o conectado a Ia red.
En segundo lugar, el dispositivo 1 también permite realizar en el laboratorio una emulación del comportamiento eléctrico de un sistema eólico obtenido éste, no por Ia medición directa de las variables eléctricas del sistema eólico real, sino por Ia utilización de datos medidos de otras variables (datos de viento, potencia mecánica en el eje, etc.).
A partir de estos datos, y para una configuración concreta de sistema eólico (generador eléctrico, subsistema de conversión electrónica, etc.), el dispositivo calcula y genera los perfiles de energía eléctrica con carácter eólico más convenientes.
A diferencia del modo de funcionamiento anterior, en este caso no resulta necesario disponer de un sistema eólico real, sino que se puede emular cualquier configuración de sistema eólico. Por último, en este modo de funcionamiento el equipo también es capaz de emular cualquier perfil de energía eléctrica aunque no quede enmarcado en un régimen eólico determinado.
Hay que destacar que el dispositivo permite crear condiciones controladas en laboratorio que permitan estandarizar los criterios para el estudio, análisis, diseño, desarrollo y comparación de electrolizadores para producción de hidrógeno cuando son alimentados por sistemas eólicos.
Además, dado que el dispositivo también puede emular diferentes perfiles de señales eléctricas de potencia, esto permite ensayar electrolizadores con perfiles de alimentación eléctrica de características distintas a los que se dan en sistemas eólicos, como por ejemplo ensayos de respuesta escalón o rampa, ensayos frente a perfiles con componentes armónicas de diferentes frecuencias, etc.
Las funciones básicas del microprocesador 2 son las siguientes:
- Generación de perfiles de potencia eléctrica
- Control de las variables eléctricas
- Toma de datos Monitorización de variables - Protecciones
A su vez, el convertidor electrónico 4 está constituido, de forma general, por las siguientes etapas: Etapa de potencia Etapa de control - Etapa de sensado o medición de variables
Protecciones
La figura 5 muestra el esquema del dispositivo objeto de invención en sus modos de funcionamiento, habiendo representado Ia etapa de medición de variables como una etapa externa al convertidor electrónico 4 con objeto de facilitar Ia interpretación de su funcionamiento.
El convertidor electrónico 4, así como el ordenador personal 3 en el que se encuentra alojado el microprocesador 2, están conectados a Ia red eléctrica. Así, podemos observar en las figuras 1 y 5 cómo el dispositivo 1 eléctrico-electrónico se constituye por una unidad de mando y control definida por un microprocesador 2 y un medio de conversión de energía eléctrica, definido por un convertidor electrónico 4, controlado por el microprocesador 2, siendo conectable el convertidor electrónico 4 de conversión de energía eléctrica tanto a un sistema eólico 6 como a una pluralidad de cargas externas 7, y cuyo convertidor electrónico incorpora un medio 5 de medición de las variables eléctricas del sistema eólico 6, tales como corriente, tensión, potencia, energía, etc.. Así, con el dispositivo 1 conectado a un sistema eólico 6, Ia unidad de mando y control (microprocesador 2) adapta y controla el funcionamiento del medio de conversión de energía eléctrica (convertidor electrónico 4) para medir y registrar a través del medio 5 de medición y durante un periodo de tiempo predeterminado, las variables eléctricas del sistema eólico 6.
Por otra parte, estando el dispositivo 1 conectado a una pluralidad de cargas externas 7, Ia unidad de mando y control (microprocesador 2) adapta y controla el funcionamiento del medio de conversión de energía eléctrica (convertidor electrónico 4) para emular el funcionamiento o comportamiento eléctrico del sistema eólico 6 de acuerdo con las variables eléctricas previamente medidas y registradas.
De esta forma, Ia unidad de mando y control
(microprocesador 2) está adaptada para generar una señal de apertura y cierre de un primer medio 8 de interrupción conectado en serie a un sistema eólico 6, y, asimismo, Ia unidad de mando y control
(microprocesador 2) está adaptada para generar una segunda señal de apertura y cierre de un segundo medio 9 de interrupción conectado en serie a cargas externas 7.
Así, Ia unidad de mando y control (microprocesador 2) calcula mediante unos algoritmos programados el funcionamiento o comportamiento eléctrico de un sistema eólico 6 a partir de series de parámetros o datos referentes a diferentes condiciones de funcionamiento y adapta y controla el funcionamiento del medio de conversión de energía eléctrica (convertidor electrónico 4) para emular el funcionamiento o comportamiento eléctrico del sistema eólico. Asimismo, podemos indicar que las diferentes etapas del convertidor electrónico son:
* Etapa de potencia: constituida por un transformador trifásico, un rectificador trifásico, una estructura de conversión dc/dc de potencia y un filtro de salida.
El transformador transforma Ia amplitud de Ia tensión de Ia red eléctrica en otra de valor adecuado para el rectificador trifásico y el rectificador convierte las tensiones y corrientes alternas en tensiones y corrientes continuas. La estructura de conversión dc/dc de potencia convierte las corrientes y tensiones continuas provenientes del rectificador en otras corrientes y tensiones continuas cuyos perfiles están controlados en función del sistema eólico o de cualquier otro perfil eléctrico que se desee emular. Por último, el filtro de salida se encarga de atenuar los armónicos de conmutación y posibles perturbaciones que afecten al sistema de potencia.
La etapa de potencia se conecta a un sistema eólico real en el modo de funcionamiento "registrador", y a cargas aisladas, como pueden ser electrolizadores, en el modo de funcionamiento "emulador eólico".
En el modo "registrador", Ia etapa de potencia permite elegir entre dos formas de conectar el sistema eólico cuyo comportamiento eléctrico es objeto de medición. En primer lugar, puede realizarse una conexión directa del sistema eólico a Ia red eléctrica, y, en segundo lugar, Ia etapa de potencia puede configurarse para ser utilizada como una segunda red eléctrica controlada. En este caso, Ia estructura de conversión dc/dc anteriormente citada se ve ampliada modularmente para pasar a ser una estructura de conversión dc/ac monofásica o trifásica según se requiera.
De esta manera, puede medirse el comportamiento eléctrico del sistema eólico frente a cualquier tipo de red eléctrica generada por el convertidor electrónico, por ejemplo redes con perturbaciones armónicas, huecos de tensión, etc. * Etapa de control formada por Ia tarjeta electrónica y los drivers, siendo Ia tarjeta electrónica de control un inferface entre el microcontrolador y los drivers, en Ia que se realiza de forma analógica el control de Ia estructura de conversión anteriormente citada en Ia etapa de potencia, tanto en el modo "registrador" como en el modo
"emulador eólico". Este control también puede realizarse de forma digital con el microcontrolador. En esta tarjeta además se acondicionan diferentes señales. Los drivers se encargan de activar y desactivar los semiconductores de potencia que forman parte de Ia estructura de conversión.
* Etapa de sensado o medición de variables constituida por diferentes sensores de corriente, tensión, temperatura, etc., con los que se realizan tanto las medidas del propio dispositivo como las medidas eléctricas del sistema eólico, en el caso de que esté seleccionado el modo de funcionamiento de "registrador".
* Etapa de protecciones encargada de Ia seguridad del dispositivo. Para ello consta de diferentes protecciones, como por ejemplo contra cortocircuitos, sobrecorrientes, sobretensiones, temperatura elevada, etc. Por otra parte, como hemos indicado el microcontrolador tiene diferentes funciones, haciendo el ordenador en el que se aloja el microcontrolador de interface para el usuario, permitiendo su control y programación con objeto de hacer funcionar al dispositivo de Ia forma deseada, y, asimismo, monitorizando las variables medidas. En particular, en el modo de funcionamiento de "emulador eólico", se introduce en el microcontrolador el tipo de perfil eléctrico de potencia, corriente, tensión, etc. Este perfil puede ser el deseado para ensayar electrolizadores u otras cargas. En función de Ia programación implementada sobre el microcontrolador, éste realiza el control del convertidor electrónico a partir de los valores medidos de las variables eléctricas. El control del convertidor puede llevarse a cabo a través de Ia regulación de Ia corriente, de Ia tensión o de Ia potencia eléctrica.
De forma general, el microcontrolador se encarga de registrar los datos del sistema (diferentes tensiones y corrientes, temperaturas, diferentes estados del electrolizador u otras cargas, activación de protecciones, etc.) así como de su almacenamiento en una base de datos. A partir de los datos almacenados, el microprocesador monitoriza en el ordenador personal Ia evolución de las diferentes variables que se deseen analizar. En particular, en el modo de funcionamiento como "registrador", el microcontrolador almacena las variables eléctricas del sistema eólico real para su posterior emulación física en el modo de funcionamiento como "emulador eólico".
Por último, el microcontrolador gestiona el protocolo de protecciones y alarmas entre el convertidor electrónico y las cargas a él conectadas, como por ejemplo electrolizadores, en el caso de funcionar como "emulador eólico", y entre el convertidor y el sistema eólico, en el caso de funcionar como "registrador".
El dispositivo eléctrico-electrónico objeto de Ia presente invención presenta como característica esencial el permitir emular el comportamiento eléctrico del sistema eólico "completo", es decir, incluyendo el generador eléctrico y el subsistema de conversión, a diferencia de los equipos actuales que sólo son capaces de emular Ia parte mecánica del sistema eólico.
Haciendo referencia a Ia figura 6 de los diseños podemos observar como se muestran dos ejemplos prácticos de funcionamiento del dispositivo objeto de invención, de forma que se contempla dos gráficas medidas con un osciloscopio y obtenidas en dos ensayos reales.
En estos dos ensayos el dispositivo funciona como emulador de dos sistemas eólicos y alimenta en ambos casos un electrolizador para producción de hidrógeno con el perfil de potencia eléctrica correspondiente a dichos sistemas eólicos.
En concreto en Ia gráfica "a" de Ia figura 6 se presenta Ia corriente que se inyecta en el electrolizador y Ia tensión en bornes de éste, al emular el comportamiento eléctrico de un sistema eólico constituido por un generador eléctrico de tipo asincrono, conectado a su vez a un subsistema de conversión electrónica. Este subsistema está formado en este caso por un rectificador trifásico semicontrolado que incluye tres semiconductores de potencia de tipo SCR en Ia parte superior y otros tres de tipo diodo en Ia parte inferior. En Ia gráfica "b" de dicha figura 6 se muestra Ia corriente que se inyecta en el electrolizador y Ia tensión en bornes de éste, al emular el comportamiento eléctrico de un sistema eólico constituido esta vez por un generador eléctrico de continua conectado a un subsistema de conversión electrónica formada por un convertidor controlado dc-dc.
En definitiva, el dispositivo eléctrico-electrónico objeto de Ia presente invención es de particular utilidad para:
Evaluar el funcionamiento de electrolizadores para producción de hidrógeno al ser alimentados por energía eléctrica característica de un sistema eólico.
- Crear, mediante el equipo objeto de Ia invención, condiciones controladas en laboratorio que permitan estandarizar los criterios para el estudio, análisis, diseño, desarrollo y comparación de electrolizadores para producción de Hidrógeno.
Realizar diferentes ensayos a electrolizadores para producción de hidrógeno para obtener sus modelos electroquímicos de manera experimental, Io cual puede ser de utilidad a Ia hora de trabajar con herramientas informáticas, realizar estudios teóricos, proponer mejoras en los electrolizadores, etc.
Mejorar el rendimiento, diseño y tecnología de los electrolizadores actuales para producción de hidrógeno para ser alimentados con fuentes de energía eléctrica fluctuante, por ejemplo sistemas eólicos, fotovoltaicos, híbridos, etc.
Emular un mismo sistema eólico a partir de datos de viento de diferentes emplazamientos para ensayar un electrolizador para producción de hidrógeno y analizar el comportamiento que éste habría tenido en los diferentes escenarios.

Claims

R E I V I N D I C A C I O N E S.
1a.- DISPOSITIVO ELÉCTRICO-ELECTRÓNICO PARA MEDICIÓN Y EMULACIÓN DE SISTEMAS EÓLICOS, mediante el cual se permite medir y emular el comportamiento eléctrico de un sistema eólico completo, y, de esta manera, alimentar con el perfil eléctrico emulado cargas aisladas, caracterizado porque el dispositivo (1) comprende:
- una unidad de mando y control (2);
- un medio (4) de conversión de energía eléctrica controlado por Ia unidad de mando y control (2), siendo conectable el medio (4) de conversión de energía eléctrica tanto a un sistema eólico (6) como a una pluralidad de cargas externas (7), y;
- un medio (5) de medición, de forma que estando el dispositivo (1) conectado a un sistema eólico
(6), Ia unidad de mando y control (2) adapta y controla el funcionamiento del medio (4) de conversión de energía eléctrica para medir y registrar a través del medio (5) de medición y durante un periodo de tiempo predeterminado, las variables eléctricas del sistema eólico (6), mientras que estando el dispositivo (1) conectado a una pluralidad de cargas externas (7), Ia unidad de mando y control (2) adapta y controla el funcionamiento del medio (4) de conversión de energía eléctrica para emular el funcionamiento o comportamiento eléctrico del sistema eólico de acuerdo con las variables eléctricas previamente medidas y registradas.
2a.- DISPOSITIVO ELÉCTRICO-ELECTRÓNICO PARA MEDICIÓN Y EMULACIÓN DE SISTEMAS EÓLICOS, según reivindicación 1a caracterizado porque Ia unidad de mando y control (2) está adaptada para generar una señal de apertura y cierre de un primer medio (8) de interrupción conectado en serie a un sistema eólico (6).
3a.- DISPOSITIVO ELÉCTRICO-ELECTRÓNICO PARA MEDICIÓN Y EMULACIÓN DE SISTEMAS EÓLICOS, según reivindicación 1a caracterizado porque Ia unidad de mando y control (2) está adaptada para generar una segunda señal de apertura y cierre de un segundo medio (9) de interrupción conectado en serie a cargas externas (7).
4a.- DISPOSITIVO ELÉCTRICO-ELECTRÓNICO PARA MEDICIÓN Y EMULACIÓN DE SISTEMAS EÓLICOS, según reivindicaciones 1a y 3a caracterizado porque Ia unidad de mando y control (2) calcula mediante unos algoritmos programados el funcionamiento o comportamiento eléctrico de un sistema eólico (6) a partir de series de parámetros o datos referentes a diferentes condiciones de funcionamiento y adapta y controla el funcionamiento del medio (4) de conversión de energía eléctrica para emular el funcionamiento o comportamiento eléctrico del sistema eólico.
5a.- DISPOSITIVO ELÉCTRICO-ELECTRÓNICO PARA MEDICIÓN Y EMULACIÓN DE SISTEMAS EÓLICOS, según reivindicaciones 1a y 3a caracterizado porque Ia unidad de mando y control (2) adapta y controla el funcionamiento del medio (4) de conversión de energía eléctrica para emular diferentes perfiles de energía eléctrica que no tengan carácter eólico.
6a.- DISPOSITIVO ELÉCTRICO-ELECTRÓNICO PARA MEDICIÓN Y EMULACIÓN DE SISTEMAS EÓLICOS, según reivindicaciones 1a y 2a caracterizado porque Ia unidad de mando y control (2) está adaptada para seleccionar el modo de funcionamiento del medio (4) de conversión de energía durante Ia medición y registro del funcionamiento eléctrico del sistema eólico mediante una conexión directa del sistema eólico a Ia red eléctrica o funcionando el medio (4) de conversión de energía como una red eléctrica controlada. 7a.- DISPOSITIVO ELÉCTRICO-ELECTRÓNICO PARA
MEDICIÓN Y EMULACIÓN DE SISTEMAS EÓLICOS, según reivindicaciones 1a y 3a caracterizado porque Ia unidad de mando y control (2) está adaptada para calcular el rendimiento y distorsión armónica de las cargas externas (7) y caracterizar su comportamiento eléctrico.
8a.- DISPOSITIVO ELÉCTRICO-ELECTRÓNICO PARA MEDICIÓN Y EMULACIÓN DE SISTEMAS EÓLICOS, según reivindicaciones 1a y 3a caracterizado porque el medio (4) de conversión de energía eléctrica está conectado a un electrolizador para producción de hidrógeno y Ia unidad de mando y control (2) está adaptada para crear condiciones controladas en laboratorio que permitan estandarizar los criterios para el estudio, análisis, diseño, desarrollo y comparación de electrolizadores para producción de hidrógeno.
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5592028A (en) * 1992-01-31 1997-01-07 Pritchard; Declan N. Wind farm generation scheme utilizing electrolysis to create gaseous fuel for a constant output generator
EP1519040A1 (en) * 2003-09-29 2005-03-30 General Electric Company Method and apparatus to remotely control a wind turbine park
US20050090937A1 (en) * 2003-10-22 2005-04-28 Gary Moore Wind turbine system control
US20050107989A1 (en) * 2001-09-28 2005-05-19 Henriksen Ulrik H. Method and a computer for handling operational data of wind power plants
US6975925B1 (en) * 2002-03-19 2005-12-13 Windlynx Systems, B.V. Forecasting an energy output of a wind farm
EP1672778A2 (en) * 2004-12-17 2006-06-21 General Electric Company System and method for operating a wind farm under high wind speed conditions

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5592028A (en) * 1992-01-31 1997-01-07 Pritchard; Declan N. Wind farm generation scheme utilizing electrolysis to create gaseous fuel for a constant output generator
US20050107989A1 (en) * 2001-09-28 2005-05-19 Henriksen Ulrik H. Method and a computer for handling operational data of wind power plants
US6975925B1 (en) * 2002-03-19 2005-12-13 Windlynx Systems, B.V. Forecasting an energy output of a wind farm
EP1519040A1 (en) * 2003-09-29 2005-03-30 General Electric Company Method and apparatus to remotely control a wind turbine park
US20050090937A1 (en) * 2003-10-22 2005-04-28 Gary Moore Wind turbine system control
EP1672778A2 (en) * 2004-12-17 2006-06-21 General Electric Company System and method for operating a wind farm under high wind speed conditions

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PARANINFO, 1995, MADRID, ISBN 84-283-2168-X article MAZDA F.F.: 'Electronica de Potencia', pages 193 - 242 *

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