Amortiguador de vibración de tren de transmisión de aerogenerador basado en un modelo.

Un procedimiento para reducir la oscilación mecánica en una planta de energía eólica (1) que comprende unapluralidad de palas de rotor (2),

un tren de transmisión de aerogenerador (3) y un generador (4), en el que las palasde rotor (2) están conectadas de manera rotativa al generador (4) por el tren de transmisión de aerogenerador (3),comprendiendo el procedimiento las etapas de modelizar de manera matemática la respuesta dinámica y/o lafunción de transferencia de un grupo de piezas rotativas de la planta de energía eólica (1), comprendiendo el grupode piezas rotativas al menos el tren de transmisión de aerogenerador (3), y

determinar la respuesta dinámica y la función de transferencia del grupo;

en funcionamiento de la planta de energía eólica (1), determinar un primer espectro de frecuencias en una primeralocalización (8) y un segundo espectro de frecuencias dentro de una caja de engranajes (20), controlar elfuncionamiento de al menos una pieza rotativa usando un control de par eléctrico (21) en respuesta a la respuestadinámica y/o la función de transferencia del grupo y el primer y segundo espectros de frecuencias aplicando un parusando el control de par eléctrico (21) asociado al generador (4) desplazando de este modo un punto nodal de unsistema de resonancia representado por el tren de transmisión de aerogenerador (3) dentro de la caja de engranajes(20) protegiendo de este modo la caja de engranajes (20) del desgaste inducido por resonancia.

Amortiguador de vibración de tren de transmisión de aerogenerador basado en un modelo La presente invención se refiere, en general, a aerogeneradores e plantas de energía eólica. En particular, la invención se refiere a un procedimiento para reducir la oscilación mecánica en una planta de energía eólica. 5 Específicamente, la invención se refiere a una planta de energía eólica y a un procedimiento de funcionamiento de una granja eólica que comprende una pluralidad de plantas de energía eólica.

En los últimos años, los aerogeneradores han aumentado de tamaño y de potencia nominal. Con lo cual, correspondientemente la tensión mecánica ha aumentado también en las piezas de construcción como las piezas rotatorias de la planta de energía eólica. En particular, las condiciones del viento altamente turbulentas o inestables 10 pueden producir vibraciones y oscilaciones en la planta de energía eólica y, de este modo, pueden conducir a un gran desgaste mecánico de la misma. La tensión mecánica puede ser compensada proporcionando resistencia material adicional y materiales de mayor calidad. Esto, sin embargo, conduce a costes de producción considerablemente mayores y puede incluso no proporcionar la fiabilidad necesaria esperada de estos sistemas. De este modo, las mayores dimensiones de las piezas y el aumento de la resistencia material puede reducir la competitividad de las plantas de energía eólica en comparación con otras maneras de generar energía y de este modo pueden no proporcionar una solución satisfactoria.

El documento EP 1 643 122 describe un sistema y procedimiento de amortiguación de vibración para aerogeneradores de velocidad variable.

Varios aspectos y realizaciones de la presente invención son definidos en las reivindicaciones adjuntas.

Otras realizaciones adicionales están dirigidas a procedimientos de funcionamiento de una granja eólica que comprenden una pluralidad de plantas de energía eólica, aplicando los procedimientos los procedimientos para reducir la oscilación mecánica como se describe en el presente documento.

Otras realizaciones, aspectos, ventajas y características que se pueden aplicar solo o que pueden combinarse de cualquier manera apropiada serán evidentes a partir de la descripción, los dibujos adjuntos y las reivindicaciones dependientes.

Una divulgación completa e instrumental de la presente invención que incluye el modo preferido de la misma, a un experto en la técnica se expone más en particular en el resto de la memoria, incluyendo la referencia a las figuras adjuntas. Ahora se hará referencia en detalle a las diversas realizaciones de la invención, uno o más ejemplos de las cuales están ilustrados en las figuras. Cada ejemplo es provisto a modo de explicación de la invención no constituyen una limitación de la invención. Por ejemplo, las características ilustradas o descritas como parte de una realización pueden usarse en, o junto con, otras realizaciones para producir otra realización adicional. Cabe entender que la presente invención incluye tales modificaciones y variaciones.

En los últimos años, las plantas modernas de energía eólica han experimentado un aumento de tamaño, lo cual incluye un aumento de la longitud de sus palas de rotor y su diámetro de rotor. En los últimos años, se han instalado de manera habitual plantas de energía eólica de megavatios y multimegavatios. Debido al gran tamaño y la potencia nominal, las cargas y la tensión mecánica que actúan sobre las plantas de energía eólica y sus componentes han aumentado de manera significativa. En consecuencia, en particular cuando las condiciones del viento son turbulentas o inestables, tienen que enfrentarse a oscilaciones y vibraciones mecánicas considerables que tienden a reducir la vida útil esperada de las plantas de energía eólica.

Según las realizaciones descritas en el presente documento, se reduce la tensión mecánica, que se entiende que son fuerzas o pares causados por el viento que actúan sobre las piezas fijas, móviles o rotativas de la planta de energía eólica. En consecuencia se reduce sustancialmente el desgaste mecánico de estas piezas de la planta de energía eólica.

Una realización se refiere a un procedimiento para reducir la oscilación mecánica en una planta de energía eólica 45 que comprende una pluralidad de palas de rotor, un tren de transmisión de aerogenerador y un generador, en el que las palas de rotor están conectadas de manera rotativa al generador por el tren de transmisión de aerogenerador. El procedimiento comprende las etapas de modelizar matemáticamente la respuesta dinámica y/o la función de transferencia de un grupo de piezas rotativas que comprenden al menos el tren de transmisión de aerogenerador, y determinar la respuesta dinámica del grupo; en funcionamiento de la planta de energía eólica, determinar un primer

parámetro característico de la oscilación mecánica en una primera ubicación, controlar el funcionamiento de la al menos una pieza rotativa en respuesta a la respuesta dinámica y/o la función de transferencia del grupo y al menos el primer parámetro.

Las plantas de energía eólica convierten una porción de la energía cinética contenida en el viento en una forma más utilizable de energía por un generador que está conectado operativamente a las palas de rotor. La conexión entre 55 las palas de rotor rotativas y el generador es establecida por el tren de transmisión de aerogenerador que incluye un eje de rotor rotativo y puede incluir una caja de engranajes, si es necesaria una conversión de frecuencia para que el

generador funcione con una eficiencia óptima. El generador puede ser un generador eléctrico para generar energía eléctrica. El generador podría ser también un compresor para comprimir un gas o una bomba para bombear un líquido dentro de un depósito de presión para almacenar la energía como energía mecánica potencial en un recipiente de presión.

Como el sistema que comprende palas de rotor, el generador y el tren de transmisión de aerogenerador, incluye un número de piezas móviles y/o rotativas, el sistema está sometido a vibración y oscilación, cuando el viento actúa sobre la planta de energía eólica y las palas de rotor en particular. En consecuencia, el viento puede excitar el sistema y someterlo a resonancia. En resonancia, hay un aumento de resonancia de amplitudes de oscilación respecto de pares y fuerzas respectivamente, y las fuerzas y pares momentáneos pueden sobrepasar las fuerzas y

pares de excitación por un factor de un múltiplo. Este efecto es particularmente importante si la amortiguación en el sistema es bajo. A la frecuencia de resonancia, las piezas mecánicas de las plantas de energía eólica están sometidas a una tensión considerablemente mayor que implica un desgaste mecánico correspondientemente aumentado que puede conducir eventualmente a un fallo prematuro del sistema El término “respuesta dinámica” está estrechamente relacionado con el término “respuesta de impulso” y describe la manera en que el sistema responde cuando está sometido a una excitación general. La respuesta dinámica describe la manera en que se comporta el sistema. El término “función de transferencia” es la representación matemática de la relación entre la entrada, es decir, la excitación en forma de fuerzas o pares inducidos por el viento, y la salida, por ejemplo, la manera en que el sistema gira, vibra y/o oscila. De este modo, la función de transferencia de un sistema caracteriza el sistema tal cual y puede ser (si el sistema se comporta de una manera lineal) independiente de la excitación específica. Modelizando matemáticamente la respuesta dinámica, respectivamente la función de transferencia del grupo de piezas rotativas, se puede predecir el comportamiento mecánico del grupo en funcionamiento (al menos en gran medida) . En particular, modelizando matemáticamente la respuesta dinámica de un grupo de piezas rotativas que incluye al menos el tren de transmisión de aerogenerador, se pueden localizar e identificar frecuencias críticas, tales como frecuencias de resonancia, es decir, las denominadas propias del

sistema. Este conocimiento puede ser usado para predecir el comportamiento del grupo y puede ser usado para reducir la oscilación mecánica.

El primer parámetro es un espectro de frecuencias. El parámetro puede ser momentáneo o promediado en el tiempo. El primer parámetro es medido en una primera localización. Puede ser medido en o en algún lugar a lo largo del tren de transmisión de aerogenerador, en o sobre un cojinete o en las palas de rotor.

Con el conocimiento de la respuesta dinámica y/o la función... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para reducir la oscilación mecánica en una planta de energía eólica (1) que comprende una pluralidad de palas de rotor (2) , un tren de transmisión de aerogenerador (3) y un generador (4) , en el que las palas de rotor (2) están conectadas de manera rotativa al generador (4) por el tren de transmisión de aerogenerador (3) , comprendiendo el procedimiento las etapas de modelizar de manera matemática la respuesta dinámica y/o la función de transferencia de un grupo de piezas rotativas de la planta de energía eólica (1) , comprendiendo el grupo de piezas rotativas al menos el tren de transmisión de aerogenerador (3) , y determinar la respuesta dinámica y la función de transferencia del grupo;

en funcionamiento de la planta de energía eólica (1) , determinar un primer espectro de frecuencias en una primera localización (8) y un segundo espectro de frecuencias dentro de una caja de engranajes (20) , controlar el funcionamiento de al menos una pieza rotativa usando un control de par eléctrico (21) en respuesta a la respuesta dinámica y/o la función de transferencia del grupo y el primer y segundo espectros de frecuencias aplicando un par usando el control de par eléctrico (21) asociado al generador (4) desplazando de este modo un punto nodal de un sistema de resonancia representado por el tren de transmisión de aerogenerador (3) dentro de la caja de engranajes (20) protegiendo de este modo la caja de engranajes (20) del desgaste inducido por resonancia.

2. El procedimiento según la reivindicación 1, en el que controlar el funcionamiento incluye controlar el par o la frecuencia angular en el tren de transmisión de aerogenerador (3) por el generador (4) .

3. El procedimiento según cualquier reivindicación anterior, en el que controlar el funcionamiento incluye controlar el 20 paso de pala de al menos una pala de rotor (2) o una masa excéntrica.

4. El procedimiento según cualquier reivindicación anterior, en el que la respuesta dinámica y/o la función de transferencia del grupo está especificada por las frecuencias propias del grupo.

5. El procedimiento según cualquier reivindicación anterior, que comprende, además, la etapa de, en funcionamiento de la planta de energía eólica (1) , determinar un parámetro adicional característico de la oscilación 25 en una localización adicional en el grupo, y controlar el funcionamiento de al menos una pieza rotativa teniendo en cuenta el parámetro adicional.

6. El procedimiento según cualquier reivindicación anterior, en el que la etapa de control del funcionamiento incluye aplicar activamente fuerzas de amortiguación o pares de amortiguación a al menos una de las piezas rotativas (2) .

7. El procedimiento según cualquier reivindicación anterior, en el que la modelización matemática, incluye modelizar 30 la respuesta dinámica y/o la función de transferencia de un componente de sistema eléctrico de la planta de energía eólica (1) .

8. El procedimiento según cualquier reivindicación anterior, en el que la modelización del sistema eléctrico incluye modelizar matemáticamente las palas de rotor (2) .

9. El procedimiento según cualquier reivindicación anterior, en el que la modelización matemática del tren de 35 transmisión de aerogenerador (3) tiene en cuenta las distribuciones de masas específicas del tren de transmisión de aerogenerador.

10. Un procedimiento de operación de una granja eólica que comprende una pluralidad de plantas (1) de energía eólica, aplicando el procedimiento el procedimiento de reducción de la oscilación mecánica definido en cualquier reivindicación precedente.

11. Una planta de energía eólica (1) comprende una pluralidad de palas de rotor (2) , un tren de transmisión de aerogenerador (3) , y un generador (4) , en la que las palas de rotor (2) están conectadas de manera rotativa al generador (4) por el tren de transmisión de aerogenerador (3) , controlado, además, la planta de energía eólica, una unidad de control central (14) para controlar el funcionamiento de la planta de energía eólica, comprendiendo la unidad de control central

un módulo de modelización (26) para proporcionar una respuesta dinámica y/o una función de transferencia de al menos un grupo de piezas rotativas de la planta de energía eólica (1) basada en un módulo matemático, comprendiendo el grupo de piezas rotativas al menos el tren de transmisión de aerogenerador (3) ; un primer detector (15) para determinar, en funcionamiento de la planta de energía eólica (1) , un primer

espectro de frecuencias en una primera localización (8) ; un segundo detector (17) para determinar un segundo espectro de frecuencia dentro de una caja de engranajes (20) ; y un módulo de control (16) para controlar el funcionamiento del al menos una pieza rotativa que usa un control de par eléctrico (21) en respuesta a la respuesta dinámica y/o la función de transferencia del grupo 55 y al menos un primer y segundo espectros de frecuencias aplicando un par usando el control de par eléctrico (21) asociado al generador (4) desplazando de este modo un punto nodal de un sistema de resonancia representado por el tren de transmisión de aerogenerador (3) dentro de la caja de engranajes (20) protegiendo de este modo la caja de engranajes (20) del desgaste inducido por resonancia.

12. La planta de energía eólica según la reivindicación 11, que comprende, además, un detector adicional (18) para determinar, en funcionamiento de la planta de energía eólica (1) , un parámetro adicional característico de la oscilación en una localización adicional.