Un parque eólico marino, dependiendo de su
tamaño, puede contener una gran cantidad de turbinas distribuidas en un área de
decenas de kilómetros cuadrados. Cada conjunto de turbina-generador está directamente
conectado a un transformador elevador, que se conoce como transformador de
turbina. Este transformador de acuerdo con la práctica actual está conectado
Dyn. Los cables marinos de media tensión unen las formaciones de las turbinas a
la subestación costa afuera. La plataforma también aloja el reactor de
compensación, el grupo electrógeno de reserva en espera y el transformador de
conexión a tierra. En los siguientes párrafos, estos componentes serán definidos
brevemente.
- A. Un grupo electrógeno diesel en espera
Las situaciones de contingencia pueden
causar la pérdida de conexión a la red en tierra y forzar al sistema offshore a
una operación en la granja marina. Debido a las posibles condiciones
meteorológicas adversas, el acceso al sitio puede ser difícil y son posibles las
interrupciones en el suministro de electricidad durante períodos prolongados.
Como resultado, los parques eólicos marinos están equipados con grupos
electrógenos diesel para cubrir la carga auxiliar y para mantener en
funcionamiento todos los equipos esenciales, como acondicionadores de clima,
sistemas de control y seguridad durante estos períodos. Las cargas se alimentan
a través del bobinado terciario del transformador de la turbina eólica o
directamente desde el sistema de media tensión utilizando un transformador.
- B. Reactores de compensación de media tensión
La red de cable de media tensión puede
producir una corriente de carga considerable. En una operación en el parque,
esta potencia reactiva de carga necesitaría ser suministrada por el conjunto
auxiliar de diesel. Con los valores de capacitancia en el rango de 0.2-0.4 uF/km,
la potencia reactiva de carga puede exceder fácilmente los 6 Mvar. Para poder
dimensionar el grupo electrógeno de reserva de diesel solo para la carga
auxiliar, los reactores de compensación se colocan en la plataforma. También es
posible utilizar STATCOM (Compensador Estático Síncrono) en lugar de reactores
si la respuesta dinámica del sistema de turbina eólica no es satisfactoria, en
cuyo caso el STATCOM puede hacerse cargo del cumplimiento de algunos de los
requisitos de rendimiento del sistema de control de la turbina eólica. La
ventaja de una respuesta rápida y la posibilidad de una adecuada generación de
potencia reactiva incluso a voltajes muy pequeños tiene un costo de mayor
inversión inicial. La fiabilidad general del sistema también puede verse
afectada negativamente.
- C. Transformador de puesta a tierra
Los transformadores de turbina eólica
estándar disponibles comercialmente son de tipo Dyn5yn5, y el transformador
elevador en el colector, está conectado en delta en 33 kV. El alto nivel
necesario de fiabilidad exige que la red se fundamente en la seguridad. Una
conexión a tierra efectiva ofrece el beneficio de una detección rápida de falla
(en menos de 150 ms) y la posibilidad de eliminar selectivamente esta, además
de limitar la sobretensión en fases que no están directamente afectadas por la
falla. La eliminación rápida de fallas limita el estrés térmico en la ubicación
afectada evitando alcanzar niveles peligrosos. La falta de disponibilidad del
equipo estándar para una conexión a tierra eficaz requiere el uso de
transformadores de conexión a tierra adicionales, que facilitan la capacidad de
detección de fallas del sistema de protección durante los problemas surgidos en
la línea única a tierra y limitan los voltajes máximos en la fase saludable.
Por lo general, están conectados a los colectores de media tensión (MV) y
ubicados en la plataforma principal de la subestación.
- D. Red de cable de media tensión
Hay una serie de opciones para la
configuración de los enlaces de cable a la subestación en alta mar en la
plataforma. La consideración básica implica lograr un equilibrio óptimo entre
la confiabilidad, por un lado, y el costo de la red del colector, por otro.
1) Opciones de topología radial y estrella:
la disposición más simple para el sistema colector es el diseño radial en el
que un grupo de turbinas está conectado a un hilo de alimentación lateral. Esta
disposición permite el uso de un concepto de protección simple, una posibilidad
de control más sencilla y el recorrido de cable más corto posible. Dado que la
corriente en el alimentador lejos del centro disminuye, se puede utilizar una
sección transversal de cable ahusada V con la más grande en el extremo del
concentrador y la más pequeña en el extremo más alejado del alimentador (lo que
reduce el costo total del cable). Esta topología se utilizó para el parque
eólico offshore Horns Rev de 160 MW en Dinamarca, que fue el primer parque
eólico marino a gran escala. El inconveniente principal de este diseño es su
baja regulación de voltaje y su reducida confiabilidad ya que las fallas de
cables o conmutadores en el extremo del cubo de la cadena radial tienen el
potencial de forzar el cierre de todas las turbinas aguas abajo.
Tanto la regulación de voltaje como los
problemas de confiabilidad se pueden mejorar utilizando la configuración de
estrella. En la topología en estrella, cada turbina dentro de un grupo o
formación está directamente conectada al concentrador y, como resultado, una
interrupción de un solo cable en general afecta a una sola turbina. La
desventaja son los tendidos de cables más largos y la necesidad de un cable de
mayor clasificación para las secciones cortas, que conducen la corriente combinada
de la formación al cubo. Otra desventaja es la compleja disposición del
dispositivo de conmutación en el centro de la estrella.
2) Topología de bucle: las dos opciones
alternativas de bucle que se deben considerar son anillos de una cara y de
doble cara, con el bucle abierto durante el funcionamiento normal en ambos
casos. En un diseño de bucle de una sola cara, la cuerda radial que conecta una
fila de turbinas eólicas en un lado del bucle está provista de un cable que
opcionalmente conecta la última turbina con el buje, convirtiendo así la
conexión lateral en un bucle virtual. Este cable debe estar dimensionado para
la potencia máxima de las turbinas en la cadena. La mejora en la confiabilidad
es así se logra a expensas de usar más material conductor. En el bucle de doble
cara, la configuración básica durante el funcionamiento normal sigue siendo
radial. Pero las cuerdas de cable están equipadas con disposiciones para
convertir las cuerdas radiales en una estructura de bucle en situaciones de
contingencia, con el objetivo de mantener el mayor número posible de turbinas
en funcionamiento en caso de falla interna, direccionando algunos de los
problemas de seguridad del sistema que surgen del diseño radial. La seguridad
adicional se obtiene a expensas de tendidos de cables más largos para un número
determinado de aerogeneradores y de requisitos de clasificación de cables más
altos en todo el circuito.
- E. El sistema de protección
Un parque eólico marino está obviamente
diseñado para operaciones no tripuladas, y todas las funciones de control
operacional se realizan desde una distancia en una ubicación en tierra. El
acceso al sitio para un mantenimiento de rutina o una reparación de emergencia
después de una falla puede llevar mucho tiempo. Los costos que surgen del nivel
de complejidad de la protección, deben sopesarse contra el esfuerzo que se
requiere para acceder a la ubicación de la falla para la intervención manual.
El sistema de protección, por lo tanto, debe tener esta y otras características
destacadas de un parque eólico marino en consideración, además de cumplir con
el código de la red.
Los tipos de sistemas de protección para
los componentes del parque eólico son los siguientes. Las lineas del
transformador WTG tienen una protección diferencial, mientras que los
transformadores ellos mismos están protegidos por relés de sobrecorriente.
Todos los cables de media tensión tienen una protección diferencial como
protección principal y protección de distancia, usada esta ultima como
protección de respaldo. Los reactores de compensación conectados al bus de 33
kV están equipados con la protección de sobrecorriente, y lo mismo se aplica al
transformador auxiliar de 33/0,4 kV. El transformador de puesta a tierra
conectado al bus de 33 kV tiene la protección de sobreintensidad junto con la
protección de falta a tierra en su punto de estrella. Las líneas colectoras de
33 kV están equipadas con la protección de la línea colectora con una unidad de
campo separada para cada compartimento de esta y una unidad central para todos
los segmentos con una protección integrada contra falla del interruptor y una
protección contra sobrecorriente. Los devanados de alta y baja tensión del
transformador principal tienen diferentes esquemas de protección. Mientras que
una protección diferencial se usa en el lado de alta tensión con una función de
protección y control de sobreintensidad integrada, la protección de distancia
con función de control se utiliza en el lado de baja tensión y la protección
Buchholz como respaldo. Finalmente, la protección de distancia con función de
control se utiliza para el cable de exportación que une la plataforma a la red
en tierra.
Source:
Erlich I, Shewarega F, Feltes C, et al.
Offshore wind power generation technologies. Proceedings of the IEEE, 2013.
No hay comentarios:
Publicar un comentario
Gracias por participar :)