Aerogenerador con un dispositivo de control central y una unidad de control en el rotor así como procedimiento para operar un aerogenerador de este tipo.

Aerogenerador con una góndola (16), un rotor que presenta al menos una pala (10) cuyo ángulo de paso puede regularse, un dispositivo de control central

(18) para controlar el aerogenerador y una unidad de control (36) dispuesta en el rotor para controlar el ángulo de paso de la al menos una pala (10), pudiendo el dispositivo de control central (18) y la unidad de control (36) en el rotor intercambiar datos entre sí a través de una conexión de datos que comprende al menos un primer dispositivo emisor-receptor en el lado de la góndola (22) y al menos un segundo dispositivo emisor-receptor en el lado del rotor (26), estando prevista una conexión de red inalámbrica (76) con un protocolo de comunicación orientado a la seguridad entre el al menos un primer dispositivo emisor-receptor (22) y el al menos un segundo dispositivo emisor-receptor (26), y al primer y al segundo dispositivo emisor-receptor (22, 26) está asociado un dispositivo de supervisión y comunicación (32, 34) en cada caso que supervisa el funcionamiento de los dispositivos emisores-receptores (22, 26) y, en caso de un fallo, puede iniciar una determinada acción, caracterizado porque los dispositivos de supervisión y comunicación (32, 34) están conectados entre sí mediante una conexión eléctrica (56) que presenta un anillo colector para el intercambio continuo de mensajes de estado.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E09014142.

Solicitante: NORDEX ENERGY GMBH.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: Langenhorner Chaussee 600 22419 Hamburg ALEMANIA.

Inventor/es: Hose,Gerd, KABATZKE,WOLFGANG.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MAQUINAS O MOTORES DE LIQUIDOS; MOTORES DE VIENTO,... > MOTORES DE VIENTO > F03D11/00 (Detalles, partes constitutivas o accesorios no cubiertos por, o con un interés distinto que, los otros grupos de esta subclase)
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MAQUINAS O MOTORES DE LIQUIDOS; MOTORES DE VIENTO,... > MOTORES DE VIENTO > Control de los motores de viento (alimentación o... > F03D7/02 (teniendo los motores de viento el eje de rotación dispuesto sustancialmente paralelo al flujo de aire que entra al rotor)
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MAQUINAS O MOTORES DE LIQUIDOS; MOTORES DE VIENTO,... > MOTORES DE VIENTO > Control de los motores de viento (alimentación o... > F03D7/04 (Control automático; Regulación)

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Fragmento de la descripción:

Aerogenerador con un dispositivo de control central y una unidad de control en el rotor así como procedimiento para operar un aerogenerador de este tipo 5

La invención se refiere a un aerogenerador con una góndola, un rotor que presenta al menos una pala de rotor cuyo ángulo de paso puede regularse, un dispositivo de control central para controlar el aerogenerador y una unidad de control dispuesta en el rotor para controlar el ángulo de paso de la pala del rotor, pudiendo el dispositivo de control central y la unidad de control en el rotor intercambiar datos entre sí a través de una conexión de datos que 10 comprende al menos un primer dispositivo emisor-receptor del lado de la góndola y al menos un segundo dispositivo emisor-receptor del lado del rotor, así como un procedimiento para operar un aerogenerador de este tipo.

A partir del documento DE202005011896U1 se conoce un aerogenerador en el que el rotor presenta una unidad de control con un dispositivo de regulación que regula el ángulo de paso de las palas del rotor. La unidad de control 15 está conectada con un dispositivo receptor, a través del cual recibe señales de control de un control central. La unidad de control comprende un módulo de perturbaciones que, al recibir una señal de perturbación, realiza un ajuste de las palas del rotor para casos de perturbación a la posición "fuera del viento" para disponer el aerogenerador en un estado seguro. El control central y la unidad de control en el rotor están conectados a través de una conexión por radio analógica. La señal de perturbación se transmite a través de la conexión por radio, 20 mostrando preferiblemente la interrupción de una señal permanente enviada de forma continua una perturbación de la conexión por radio.

A partir del documento W02006/069573A1 se ha dado a conocer un aerogenerador en el que se ha configurado de forma redundante un control para componentes principales del aerogenerador.

A partir del documento EP2080900A2 se ha dado a conocer un aerogenerador con varias subunidades y un procedimiento para su operación. En este caso, los controles pueden operarse en un modo de trabajo común o en un modo de trabajo aislado. En el modo de trabajo común, un control trabaja como maestro y los restantes controles funcionan como controles esclavos. En el modo de trabajo aislado, cada control es responsable en exclusiva de su 30 tarea de control.

Partiendo de ello, el objetivo de la Invención es facilitar un aerogenerador y un procedimiento para su operación que permitan un funcionamiento más seguro y fiable.

Este objetivo se alcanza mediante el aerogenerador con las características de la reivindicación 1 y gracias al procedimiento para la operación de un aerogenerador con las características de la reivindicación 9. Configuraciones ventajosas se Indican en las reivindicaciones subordinadas subsiguientes en cada caso.

El aerogenerador según la invención presenta un rotor que dispone de al menos una pala de rotor cuyo ángulo de 40 paso puede regularse, un dispositivo de control central para controlar el aerogenerador y una unidad de control dispuesta en el rotor para controlar el ángulo de paso de la pala del rotor, pudiendo el dispositivo de control central y la unidad de control en el rotor Intercambiar datos entre sí a través de una conexión de datos que comprende al menos un primer dispositivo emisor-receptor en el lado de la góndola y al menos un segundo dispositivo emisor- receptor en el lado del rotor, y la conexión de datos presenta una conexión de red Inalámbrica con un protocolo de 45 comunicación orientado a la seguridad.

El rotor del aerogenerador puede presentar un eje horizontal, preferiblemente, dispone de tres palas de rotor. El dispositivo de control central controla todas las funciones del aerogenerador. Asimismo, a menudo se configura como sistema de hardware central con un software especializado para la gestión del funcionamiento. La unidad de 50 control dispuesta en el rotor se encuentra preferiblemente en el buje del rotor. El dispositivo de ajuste para cada pala del rotor comprende un accionamiento, preferiblemente, un motor eléctrico, que se controla mediante una unidad de control de accionamiento. El accionamiento actúa, eventualmente a través de un mecanismo adecuado, sobre la pala del rotor que está dispuesta en el buje de modo que puede girar alrededor de su eje longitudinal.

A diferencia de la conexión analógica por radio conocida a partir del estado de la técnica, en el caso de la invención se emplea una conexión de red inalámbrica con un protocolo de comunicación orientado a la seguridad para la conexión de datos inalámbrica entre el dispositivo de control central y la unidad de control en el rotor. El uso de una conexión de red permite la transmisión de cantidades muy grandes de datos, gracias a lo cual pueden implementarse operaciones de control y regulación más complejas y, en especial, también más rápidas. Gracias al

protocolo de comunicación orientado a la seguridad, se incrementa fundamentalmente la seguridad y fiabilidad de la transmisión de datos. La expresión "orientado a la seguridad" significa que el protocolo de comunicación comprende medidas definidas que evitan fallos de comunicación. Ejemplos de este tipo de medidas que garantizan un intercambio sin fallos de los datos son el uso de una modulación tolerante contra perturbaciones y una reducción 5 encauzada de la velocidad de transferencia de los datos en etapas definidas para mantener la conexión de datos cuando esta se ve perjudicada por influencias perturbadoras.

Gracias a la elevada fiabilidad de la conexión de red inalámbrica, puede reducirse fundamentalmente la frecuencia de paradas de emergencia que se activan en los aerogeneradores convencionales con el gran número de fallos de 10 la conexión de datos. Esto influye directamente en la vida útil del aerogenerador dado que cada parada de emergencia representa una carga para los componentes afectados que es relevante para su vida útil.

La conexión de red inalámbrica comprende un primer dispositivo emisor-receptor en la góndola o junto a esta y un segundo dispositivo emisor-receptor en el rotor del aerogenerador o junto a este. Gracias a ello, también en caso de 15 un dispositivo de control central dispuesto en el pie de la torre puede implementarse una conexión de red inalámbrica orientada a la seguridad con un tramo de radiotransmisión corto, lo cual mejora la seguridad de la transmisión.

El protocolo de comunicación puede cumplir, en especial, los requisitos de seguridad conformes a Nivel de 20 Integridad de Seguridad 3 (SIL 3, por sus siglas en inglés) de la norma IEC 61508 y requisitos de seguridad equiparables, así como estar cifrado de forma correspondiente. La expresión "requisitos de seguridad equiparables" define, por ejemplo, la norma EN 954-1 en la categoría 4 y la norma ISO 13489 que sustituye a esta especificación. Gracias a la observancia de estas normas, la comunicación entre el dispositivo de control central y la unidad de control puede cumplir los máximos requisitos de seguridad conocidos en la industria de producción y procesos. Esto 25 es importante en especial para el ajuste de las palas relevante para la seguridad. Los protocolos de comunicación adecuados presentan, entre otras cosas, un control temporizador (Watch Dog), una codificación identificativa entre emisor y receptor, por ejemplo, mediante direcciones de comunicación inequívocas, una comprobación de redundancia cíclica (CRC) optimizada para detectar bits de datos falseados de un telegrama, una detección automática de fallos y retransmisión de fallos por la red y una detección automática de re-arranque. Gracias a ello 30 pueden tratarse todas las posibilidades de fallo durante la transmisión... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Aerogenerador con una góndola (16), un rotor que presenta al menos una pala (10) cuyo ángulo de paso puede regularse, un dispositivo de control central (18) para controlar el aerogenerador y una unidad de control

(36) dispuesta en el rotor para controlar el ángulo de paso de la al menos una pala (10), pudiendo el dispositivo de control central (18) y la unidad de control (36) en el rotor intercambiar datos entre sí a través de una conexión de datos que comprende al menos un primer dispositivo emisor-receptor en el lado de la góndola (22) y al menos un segundo dispositivo emisor-receptor en el lado del rotor (26), estando prevista una conexión de red Inalámbrica (76) con un protocolo de comunicación orientado a la seguridad entre el al menos un primer dispositivo emisor-receptor 10 (22) y el al menos un segundo dispositivo emisor-receptor (26), y al primer y al segundo dispositivo emisor-receptor (22, 26) está asociado un dispositivo de supervisión y comunicación (32, 34) en cada caso que supervisa el funcionamiento de los dispositivos emisores-receptores (22, 26) y, en caso de un fallo, puede iniciar una determinada acción, caracterizado porque los dispositivos de supervisión y comunicación (32, 34) están conectados entre sí mediante una conexión eléctrica (56) que presenta un anillo colector para el intercambio 15 continuo de mensajes de estado.

2. Aerogenerador según la reivindicación 1, caracterizado porque en el rotor se dispone al menos un botón de parada de emergencia (74) cuyo accionamiento puede comunicarse al dispositivo de control (18) a través de una red, representando la conexión de red inalámbrica (76) un componente de esta red.

3. Aerogenerador según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque el primer y el segundo dispositivo emisor-receptor (22, 26) están previstos en una realización redundante en cada caso.

4. Aerogenerador según la reivindicación 1 a 3, caracterizado porque la unidad de control (36) presenta 25 al menos un dispositivo de ajuste de pala (601, 602, 603), al que está asociado un dispositivo de supervisión (68)

que puede determinar continuamente el ángulo de paso real y compararlo con un valor teórico predeterminado por el dispositivo de control central (18).

5. Aerogenerador según la reivindicación 4, caracterizado porque el dispositivo de supervisión (68) 30 asociado al dispositivo de ajuste de pala (601, 602, 603) presenta uno o varios sensores independientes para el

ángulo de paso y/o para la corriente de un motor eléctrico (64) del dispositivo de ajuste de pala (601, 602, 603) y/o para la tensión de un motor eléctrico (64) del dispositivo de ajuste de pala (601, 602, 603) y/o para el régimen de revoluciones de un motor eléctrico (64) del dispositivo de ajuste de pala (601, 602, 603), siendo independientes el o los sensores independientes de los sensores valorados por el dispositivo de control central (18).

6. Aerogenerador según la reivindicación 4 o 5, caracterizado porque el dispositivo de supervisión (68) asociado al dispositivo de ajuste de pala (601, 602, 603) está configurado para comprobar constantemente la plausibilidad de los datos registrados por el o los sensores independientes y los comandos de control y/o valores teóricos transmitidos por el dispositivo de control central (18), y, en caso de desviaciones, llevar la pala de rotor (10)

correspondiente a una posición de seguridad mediante el ajuste del ángulo de paso.

7. Aerogenerador según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el segundo dispositivo emisor-receptor (26) en el rotor o junto a este presenta al menos una antena (28) que está formada por una guía de ondas con fugas y está dispuesta en la zona del lado del buje (12) dirigido a la góndola (16).

8. Aerogenerador según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el dispositivo emisor- receptor (22) en la góndola o junto a esta presenta al menos una antena (24) que está formada por una guía de ondas con fugas y está dispuesta en la zona del lado de la góndola (16) dirigido al buje (12), cerca del buje (12).

9. Procedimiento para operar un aerogenerador con una góndola, un rotor que presenta al menos una

pala (10) cuyo ángulo de paso puede regularse, un dispositivo de control central (18) que controla el aerogenerador y una unidad de control (36) dispuesta en el rotor que controla el ángulo de paso de la al menos una pala (10), pudiendo el dispositivo de control central (18) y la unidad de control (36) en el rotor intercambiar datos entre sí a través de una conexión de datos que comprende al menos un primer dispositivo emisor-receptor en el lado de la 55 góndola (22) y al menos un segundo dispositivo emisor-receptor en el lado del rotor (26), intercambiándose los datos a través de una conexión de red inalámbrica (76) con un protocolo de comunicación orientado a la seguridad, estando asociado al primer y al segundo dispositivo emisor-receptor (22, 26) un dispositivo de supervisión y comunicación (32, 34) en cada caso que supervisa el funcionamiento de los dispositivos emisores-receptores (22, 26) y, en caso de un fallo, inicia una determinada acción, y estando conectados entre sí los dispositivos de

supervisión y comunicación (32, 34) a través de una conexión eléctrica (56) que presenta un anillo colector, a través de la cual intercambian continuamente mensajes de estado entre sí.

10. Procedimiento según la reivindicación 9, caracterizado porque en el rotor está dispuesto al menos un 5 botón de parada de emergencia (74) cuyo accionamiento se notifica al dispositivo de control central (18) a través de

una red, representando la conexión de red inalámbrica (76) un componente de dicha red.

11. Procedimiento según la reivindicación 9, caracterizado porque, en caso de un fallo de la conexión de red inalámbrica (76), los dos dispositivos de supervisión y comunicación (32, 34) no solo transmiten información de

estado sino también datos de control a través de la conexión eléctrica (56).

12. Procedimiento según una de las reivindicaciones 9 a 11, caracterizado porque el dispositivo de ajuste de pala (601, 602, 603) presenta en cada caso un dispositivo de supervisión (68) asociado que determina continuamente el ángulo de paso real y/o su variación y los compara con un comando de control y/o valor teórico

transmitido por el dispositivo de control central (18).

13. Procedimiento según la reivindicación 12, caracterizado porque, en caso de una desviación entre los comandos de control y/o valores teóricos transmitidos por el dispositivo de control central (18) y el ángulo de paso real y/o su variación registrados por el dispositivo de supervisión (68) asociado, el dispositivo de ajuste de pala (601,

602, 603) desplaza la al menos una pala del rotor (10) a una posición de seguridad mediante el ajuste del ángulo de paso.