Objetivo:

Desarrollar un sistema de conversión de potencia escalable y modular basado en unidades de conversión de 4 - 4,5 MW para conexiones a red tipo Full Converter (FC), minimizando el coste de la inversión necesaria para potencia eólica offshore en baja tensión (LV) hasta 9 MW, asegurando la calidad de la energía inyectada a la red.

Requerimientos del sistema de conversión de potencia:

• Compacto, menor peso
• Mayor densidad de potencia
• Totalmente cerrado
• Mayor disponibilidad
• Eficiencia superior a 97%
• Óptima relación coste/MW
• Distorsión armónica >3%

¿Por qué los fabricantes de aerogeneradores seleccionan convertidores de potencia en baja tensión para generación offshore?

• Madurez de las tecnologías y topologías de LV
• Avance tecnológico de los semiconductores utilizados en LV (IGBTs)
• Personal de mantenimiento con menor cualificación necesaria
• Coste y cadena de suministro de los elementos utilizados (semiconductores, aparatos de protección y maniobra eléctrica, etc.)
• Costes derivados (generador MV más caro y menos fabricantes)

Desafíos del sistema de conversión de potencia:

• Caracterización térmica del semiconductor
• Desarrollo de una topología óptima del filtro de conexión a red
• Diseño mecánico del convertidor y optimización de la refrigeración
• Desarrollo software
• Desarrollo de una herramienta de monitorización y mantenimiento
• Diseño y desarrollo de un Banco de Pruebas de Condensadores
• Diseño y desarrollo de una unidad de conversión de 4 - 4,5 MW

Resultados Finales:

A. Especificación y caracterización térmica de los módulos de potencia obteniendo impedancias térmicas internas y nuevos límites del convertidor de potencia aumentando la corriente de salida más de un 5% en comparación con la especificación inicial.

B. La envolvente mecánica para el convertidor de potencia se ha minimizado alrededor del 30%, incrementando por tanto la densidad de energía. Dimensiones Máximas 1200:2200:2000 (profundidad: anchura: altura en mm).

C. Procedimiento de diseño de filtrado: una actividad que ha sido apoyada por la actividad de desarrollo de algoritmos de control, nuevas técnicas de control diseñadas para minimizar la distorsión armónica generada por el convertidor, y por lo tanto, estableciendo bases operacionales que permiten minimizar el volumen y coste de los elementos utilizados en los filtros (principalmente en el filtro de conexión a red).

Figura 1. Prototipo de módulo de monitorización de filtro de red.

D. Diseño 3D y actual banco de pruebas de condensadores

Figura 2. Preparando el test de validación en el módulo de potencia actual.

E. Banco de pruebas de condensadores está en proceso de ser lanzado y validado para ser utilizado

Figura 3. Diseño 3D y actual banco de pruebas de condensadores.

F. El estudio de nuevas topologías producidas en colaboración con la Universidad NTNU es una propuesta de estudio que ha sido incluida como actividad complementaria a una tesis doctoral. Los resultados se publicarán en una publicación técnica internacional.

Además, en el año 2015 se ha realizado un paper en colaboración con la NTNU: “A Flexible Power Electronics Configuration for Coupling Renewable Energy Sources”.