LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA Y SU - unioviedo.es · Potencia en los generadores eólicos....
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UNIVERSIDAD DE OVIEDO Campus de Excelencia Internacional ÍNDICE Introducción Conceptos generales de Electrónica de Potencia Electrónica de Potencia en los generadores eólicos. Electrónica de Potencia en la transmisión de energía en el mar Conclusiones 1 LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA Y SU APLICACIÓN EN EL CAMPO DE LA ENERGÍA EÓLICA OFFSHORE Manuel Rico Secades Doctor Ingeniero Industrial Catedrático de Universidad Área de Tecnología Electrónica Leído en la solemne entrega de diplomas académicos Ingenieros Industriales de la 26ª promoción Ingenieros Informáticos de la 17ª promoción Ingenieros de Telecomunicación de la 5ª promoción Titulados en los Máster de TICRM e Ingeniería Mecatrónica Gijón, 4 de junio de 2010
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ÍNDICE
Introducción
Conceptos
generales de
Electrónica de
Potencia
Electrónica de
Potencia en los
generadores
eólicos.
Electrónica de
Potencia en la
transmisión de
energía en el
mar
Conclusiones
1
LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA Y SU
APLICACIÓN EN EL CAMPO DE LA
ENERGÍA EÓLICA OFFSHORE
Manuel Rico SecadesDoctor Ingeniero Industrial
Catedrático de Universidad
Área de Tecnología Electrónica
Leído en la solemne entrega de diplomas académicos
Ingenieros Industriales de la 26ª promoción
Ingenieros Informáticos de la 17ª promoción
Ingenieros de Telecomunicación de la 5ª promoción
Titulados en los Máster de TICRM e Ingeniería Mecatrónica
Gijón, 4 de junio de 2010
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Conceptos
generales de
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Potencia
Electrónica de
Potencia en los
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Potencia en la
transmisión de
energía en el
mar
Conclusiones
2
CAMPUS DE EXCELENCIA INTERNACIONAL ESPAÑA
Universidad de Barcelona
Universidad Politécnica de Cataluña
Universidad Complutense
Universidad Politécnica de MadridUniversidad Autónoma de Madrid
CSIC
Universidad Carlos III Universidad Autónoma de Barcelona
Universidad de Cantabria
Universidad Internacional Menendez Pelayo
Universidad de Oviedo
Universidad de Santiago
de Compostela
Universidad de Córdoba
Universidad de Jaén
Universidad de Huelva
Universidad de Cádiz
Universidad de Almería
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Potencia
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energía en el
mar
Conclusiones
3
TOPOLOGIA DE POTENCIA
CIRCUITO DE MANDO
FUENTE
PRIMARIA DE
ENERGÍA
ELÉCTRICAAlim. Realim. Gobierno
Red,
Generador,
Alternador
Generador eólico
Batería
Célula solar
Pila de combustible
CARGAS
(ELEMENTOS PARA
ALIMENTAR)
AC ACCable DC
ELECTRONICA DE POTENCIA
Motores,
Baterías,
Iluminación,
Equipos,
Tracción,
Soldadura,
Red
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Potencia en los
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Potencia en la
transmisión de
energía en el
mar
Conclusiones
4
DC AC
INTERRUPTOR
ESTÁTICO
CONTINUA
RECTIFICADOR
INVERSOR
REGULADOR DE ALTERNA
CICLOCONVERTIDOR REGULADOR DE CONTINUA
CONVERTIDOR CC/CC
CONVERSIONES ENERGÉTICAS BÁSICAS
INTERRUPTOR
ESTÁTICO
ALTERNA
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Potencia
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Potencia en los
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Electrónica de
Potencia en la
transmisión de
energía en el
mar
Conclusiones
5
LOS CIRCUITOS INTEGRADOS PUEDEN
LLEGAR A TENER MUCHÍSIMOS
COMPONENTES REALIZADOS SOBRE EL
MISMO CIRCUITO INTEGRADO
BUSCANDO ERRORES
LO PEQUEÑO Y LO GRANDE
PENTIUM IV
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Potencia
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Potencia en la
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energía en el
mar
Conclusiones
6
Uno de los 12 SCR para un “pequeño”rectificador trifásico de 500 MVA y 500 KV(Inga-Shaba, ZAIRE)
UNO PEQUEÑO
UNO GRANDE
LO PEQUEÑO Y LO GRANDE
Cortesía de ABB
Cortesía de NEC
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Potencia
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energía en el
mar
Conclusiones
7
LO PEQUEÑO Y LO GRANDE
Cortesía de Siemens
EL SCR ES EL COMPONENTE
ELECTRÓNICO MAS ROBUSTO
Disparo por fibra óptica
Tensión de bloqueo de 8 kV
Corriente de 3700 A
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Potencia
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Potencia en la
transmisión de
energía en el
mar
Conclusiones
8
SEMICONDUCTORES BASICOS
DIODO
SCR (Silicon Controlled Rectifier) ( thyristor)
GTO (Gate Turn Off thyristor)
IGCT (Integrated Gate Commutated Thyristors)
BJT.s (Bipolar Junction Transistor),
MOSFET.s (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)
IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)
SEMICONDUCTORES EN ELECTRONICA DE POTENCIA
SEMICONDUCTOR = INTERRUPTOR
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Potencia
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mar
Conclusiones
9
IGCT (Integrated Gate Commutated Thyristors)
SON UNA EVOLUCIÓN DE LOS GTO
SEMICONDUCTORES
Cortesía de ABB
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Potencia
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Potencia en los
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Potencia en la
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energía en el
mar
Conclusiones
10
SEMICONDUCTORES
Cortesía de ABB
MULTIDISCIPLINAR
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generales de
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Potencia
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Potencia en los
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Electrónica de
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energía en el
mar
Conclusiones
11
INDUCTANCIA DE AIRE
150 mH
500 kV DC
1800 A
INDUCTANCIAS Y TRANSFORMADORES
TAMPOCO SE QUEDAN ATRAS
Cortesía de Siemens
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Potencia
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energía en el
mar
Conclusiones
12
HASTA LOS CABLES SON ALTA TECNOLOGÍA
BARCO CABLERO
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generales de
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Potencia
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Potencia en los
generadores
eólicos.
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Potencia en la
transmisión de
energía en el
mar
Conclusiones
13
¿DONDE ESTÁ LA ELECTRÓNICA DE POTENCIA EN LOS
PARQUE EÓLICOS OFFSHORE?
EN EL
CONTROL
DE LAS
TURBINAS
EN LAS CONVERSIONES NECESARIAS PARA
EL TRANSPORTE DE LAENERGIA
EN LA ÍNYECCIÓN DE
LA ENERGÍA A LA RED
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generales de
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Potencia
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Potencia en los
generadores
eólicos.
Electrónica de
Potencia en la
transmisión de
energía en el
mar
Conclusiones
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REDUCTORA
(GEAR BOX)
RED ELECTRICA
(GRID)
GENERADOR
ASINCRONO
(ASYNCHRONOUS
GENERATOR)
ROTOR DE JAULA
(CAGE ROTOR)
TRANSFORMADOR
(TRANSFORMER)
VARIADOR DE
FRECUENCIA
(FREQUENCY
CONVERTER)
ROTOR TRES
PALAS
(THREE BLADED
ROTOR)
ASINCRONO DE INDUCCIÓN DE JAULA DE ARDILLA
(SQUIRREL CAGE INDUCTION GENERATOR)
Ejemplo:
Turbinas del fabricante
Wind World
(Velocidad fija)
VELOCIDAD VARIABLE
(control total)
VELOCIDAD FIJA
(solo compensación de reactiva)
(VARIABLE OR FIXED SPEED)
ELECTRÓNICA DE POTENCIA EN LAS TURBINAS EÓLICAS
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Potencia
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Potencia en los
generadores
eólicos.
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Potencia en la
transmisión de
energía en el
mar
Conclusiones
15
REDUCTORA
(GEAR BOX)
RED ELECTRICA
(GRID)
GENERADOR
SINCRONO
(SYNCHRONOUS
GENERATOR)
ROTOR BOBINADO
(WOUND ROTOR)
TRANSFORMADOR
(TRANSFORMER)
ROTOR TRES
PALAS
(THREE BLADED
ROTOR)
ROTOR DOBLEMENTE ALIMENTADOSINCRONO DE ROTOR BOBINADO
(WOUND GENERATOR)
Ejemplo:
Turbinas del fabricante GAMESA
VELOCIDAD VARIABLE
(VARIABLE SPEED)
ELECTRÓNICA DE POTENCIA EN LAS TURBINAS EÓLICAS
CONVERTIDOR
ELECTRÓNICO
(POWER
CONVERTER)
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Potencia
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generadores
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Electrónica de
Potencia en la
transmisión de
energía en el
mar
Conclusiones
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ACCIONAMIENTO DIRECTO (DIRECT DRIVE)
Ejemplo:
PROPUESTA WINDFORMER DE ABB
ENERCON MULTIPOLE 3.5 MW PMG
DIODE RECTIFIER
21 kV DC
VELOCIDAD VARIABLE
(VARIABLE SPEED)
ELECTRÓNICA DE POTENCIA EN LAS TURBINAS EÓLICAS
CONVERTIDOR
ELECTRÓNICO
(POWER
CONVERTER)
RED ELECTRICA
(GRID)
GENERADOR
SINCRONO
(SYNCHRONOUS
GENERATOR)
IMANES
PERMANENTES
(PERMANENT
MAGNETISED)
ROTOR TRES
PALAS
(THREE BLADED
ROTOR)
NUEVA GENERACIÓN
SALIDA EN CONTINUA
(DC OUTPUT)
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generales de
Electrónica de
Potencia
Electrónica de
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generadores
eólicos.
Electrónica de
Potencia en la
transmisión de
energía en el
mar
Conclusiones
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ELECTRÓNICA DE POTENCIA EN EL TRANSPORTE DE LA
ENERGIA A TIERRA
TRANSMISIÓN EN ALTERNA (HVAC)
SOLUCIÓN CONVENCIONAL
¿DISTANCIA?
¿MAR?
AQUÍ NO HAY DEMASIADA ELECTRÓNICA
20 kVAC 132 kV
RED
SUBESTACIÓN
COSTERA
SUBESTACIÓN
OFFSHORE
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Potencia
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Potencia en la
transmisión de
energía en el
mar
Conclusiones
18
ELECTRÓNICA DE POTENCIA EN EL TRANSPORTE DE LA
ENERGIA A TIERRA
TRANSMISIÓN EN CONTINUA (HVDC)
SOLUCIÓN EN CONTINUA
=
AC 20 kVDC ±132 kV=
RED
SUBESTACION
COSTERA
SUBESTACION
OFFSHORE
AQUÍ HAY MUCHA
ELECTRÓNICA DE
POTENCIA
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transmisión de
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Conclusiones
R
S
T
L
BUS DE
CONTINUA
+
-
TRANSFORMADOR -
TRANSFORMADOR -
19
ELECTRÓNICA DE POTENCIA EN EL TRANSPORTE DE LA
ENERGIA A TIERRA
INTRODUCCIMOS TRANSFORMADORES
PARA MEJORAR LA CORRIENTE EN LA RED
12 PULSOS
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generadores
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Potencia en la
transmisión de
energía en el
mar
Conclusiones
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ELECTRÓNICA DE POTENCIA EN EL TRANSPORTE DE LA
ENERGIA A TIERRA
UN PROYECTO DE HVDC EN ESPAÑA
(PROYECTO RÓMULO – COMETA)
(ENLACE VALENCIA – MALLORCA)
Cortesía de Siemens
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generadores
eólicos.
Electrónica de
Potencia en la
transmisión de
energía en el
mar
Conclusiones
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ELECTRÓNICA DE POTENCIA EN EL TRANSPORTE DE LA
ENERGIA A TIERRA
INVERSOR
L
RED
DC
VR VI
POTENCIA
INVERSOR
L
RED
DC
VR VI
POTENCIA
VR
VI
IRVR
VI
IR
Uso de un inversor monofásico para extraer energía de la redo entregar
energía a la red con factor de potencia unidad.
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generadores
eólicos.
Electrónica de
Potencia en la
transmisión de
energía en el
mar
Conclusiones
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ELECTRÓNICA DE POTENCIA EN EL TRANSPORTE DE LA
ENERGIA A TIERRA
INVERSOR MULTINIVELTRIFÁSICO DE SEIS NIVELES (BASADO EN IGBT)
IGBT
PACK
“6 PACK DE
5 IGBT”
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generadores
eólicos.
Electrónica de
Potencia en la
transmisión de
energía en el
mar
Conclusiones
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FORMAS DE ONDA DE UN INVERSOR TRIFÁSICO DE SEIS NIVELES
ELECTRÓNICA DE POTENCIA EN EL TRANSPORTE DE LA
ENERGIA A TIERRA
FORMA
TEÓRICA
COMPONENTE
FUNDAMENTAL
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generadores
eólicos.
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transmisión de
energía en el
mar
Conclusiones
2424
=
=
RED
SUBESTACION
COSTERA
LAS NUEVAS PROPUESTAS
=
=
=
=
=
=
=
=
=
NUEVOS GENERADORES
DE ALTA TENSIÓN CON
ACCIONAMIENTO DIRECTO
CONVERSION AC/DC EN EL PROPIO AEROGENERADOR
¡ NO HAY SUBESTACIÓN OFFSHORE!
HVDC FUTURO+ =
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Electrónica de
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generadores
eólicos.
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Potencia en la
transmisión de
energía en el
mar
Conclusiones
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ELECTRÓNICA DE POTENCIA EN EL TRANSPORTE DE LA
ENERGIA A TIERRA
ABBLa primera interconexión tipo
UHVDC (Ultra HVDC) ha sido
probada por ABB en su fábrica
de Lenzburg (Tensiones de 800
kV y transmisión de potencia por
encima de los 7 GW .
Utiliza SCR de 8.5 KV /4000 A de
última generación.
LA VENTANA HACIA EL FUTURO
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Potencia
Electrónica de
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generadores
eólicos.
Electrónica de
Potencia en la
transmisión de
energía en el
mar
Conclusiones
26
LAS OBRAS DE INGENIERIA TAMBIÉN FORMAN PARTE DE
NUESTRA CULTURA
CORTESIA University of Applied Sciences Bremerhaven – Germany
DISEÑO DEL PARQUE
EÓLICO OFFSHORE ALPHA
VENTUS (ALEMANIA)
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generadores
eólicos.
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transmisión de
energía en el
mar
Conclusiones
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LAS OBRAS DE INGENIERIA TAMBIÉN FORMAN PARTE DE
NUESTRA CULTURA
CORTESIA University of Applied Sciences Bremerhaven – Germany
DISEÑO DEL PARQUE
EÓLICO OFFSHORE ALPHA
VENTUS (ALEMANIA)
GRACIAS POR LA ATENCIÓN
