AEROGENERADOR CON UN CONTROL ACTIVO DEL ÁNGULO DE PASO DE LAS PALAS DURANTE UNA SITUACIÓN DE MARCHA EN VACÍO.
Aerogenerador con un control activo del ángulo de paso de las palas durante una situación de marcha en vacio,
comprendiendo: una torre (13) y una góndola (21) que aloja un generador (19) accionado por un rotor eólico; dispositivos de medida de la velocidad del viento V, la velocidad del generador, el ángulo de paso de cada pala, la potencia P, las aceleraciones del aerogenerador en dos direcciones perpendiculares Ax, Ay, el ángulo de guiñada Yw; la posición de acimut del rotor eólico AZ; con un sistema de control dispuesto para llevar a cabo dicho control activo cambiando el ángulo de paso de cada pala para minimizar las vibraciones del aerogenerador en función de los valores medidos de la velocidad del viento, las aceleraciones del aerogenerador Ax, Ay, el ángulo de guiñada, la posición de acimut del rotor AZ y el ángulo de paso de cada pala.
Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201001394.
Solicitante: GAMESA INNOVATION & TECHNOLOGY, S.L.
Nacionalidad solicitante: España.
Inventor/es: HERNANDEZ MASCARELL,OCTAVIO, GÓMEZ DE LAS HERAS CARBONELL,Enrique, SUÁREZ AIZPUN,Jaime.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- F03D7/02 MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA. › F03 MAQUINAS O MOTORES DE LIQUIDOS; MOTORES DE VIENTO, DE RESORTES, O DE PESOS; PRODUCCION DE ENERGIA MECANICA O DE EMPUJE PROPULSIVO O POR REACCION, NO PREVISTA EN OTRO LUGAR. › F03D MOTORES DE VIENTO. › F03D 7/00 Control de los motores de viento (alimentación o distribución de energía eléctrica H02J, p. ej. disposiciones para ajustar, eliminar o compensar la potencia reactiva en las redes H02J 3/18; control de generadores eléctricos H02P, p. ej. disposiciones para el control de generadores eléctricos con el propósito de obtener las características deseadas en la salida H02P 9/00). › teniendo los motores de viento el eje de rotación dispuesto sustancialmente paralelo al flujo de aire que entra al rotor.
- F03D7/04 F03D 7/00 […] › Control automático; Regulación.
Fragmento de la descripción:
AEROGENERADOR CON UN CONTROL ACTIVO DEL ANGULO DE
PASO DE LAS PALAS DURANTE UNA SITUACION DE MARCHA EN VACÍO
CAMPO DE LA INVENCION
5
La invención se refiere a métodos y sistemas para minimizar vibraciones
en aerogeneradores en una situación de vacío con una velocidad de viento por
encima de la velocidad de corte.
10 ANTECEDENTES
Durante una situación de marcha en vacío, es decir una situación en la
que no se produce energía, los aerogeneradores tienen normalmente una
posición fija del ángulo de paso de las palas, en función de la velocidad del
15 viento, que se mantiene constante para una velocidad de viento constante.
Típicamente esa posición del ángulo de paso de las palas está en torno a
70° para bajas velocidades de viento y cerca de 90° para altas velocidades de
viento para permitir una lenta rotación del rotor que ayude a la lubricación del
tren de potencia, especialmente la multiplicadora.
2 o En situaciones de marcha en vacío del aerogenerador por encima de la
velocidad de corte Vout que determina la parada de la producción de energía,
una posición de las palas próxima a la posición de bandera supone grandes
cargas en el· aerogenerador, especialmente en las palas y/o en la torre. Estas
grandes cargas pueden tener un componente no estacionario importante, que
2 5 puede contribuir significativamente a la fatiga y/o a las cargas extremas.
En algunas ubicaciones de parques de aerogeneradores la distribución
de viento a largo plazo (definida habitualmente con una distribución de
probabilidad de Weibull) provoca que el aerogenerador está en una situación de
marcha en vacío por encima de Vout durante una parte importante de su tiempo
3 o de vida. En este caso las cargas provocadas en estas situaciones de marcha en
vacío pueden contribuir de manera importante al nivel global de cargas delaerogenerador.
Por ejemplo, en aquellos parques de aerogeneradores con factor de
forma Weibull k cercano a 3 el aerogenerador está en una situación de marcha
en vacío por encima de Vout durante gran cantidad de tiempo, ocasionando, en
ese caso, una carga lateral de fatiga Mx en la torre incluso mayor que el
5 componente longitudinal My. Esto es bastante inusual porque normalmente el
componente longitudinal My de la carga de fatiga de la torre es mayor que el
componente lateral Mx en la mayoría de parques de aerogeneradores.
La presente invención está orientada a la búsqueda de una solución para
esos inconvenientes.
10
SUMARIO DE LA INVENCIÓN
Es un objeto de la presente invención proporcionar un aerogenerador con
un sistema de control que permita que el aerogenerador pueda estar en una
15 situación de marcha en vacío por encima de Vout minimizando las cargas
globales del aerogenerador.
Es otro objeto de la presente invención proporcionar un aerogenerador
con un sistema de control que permita que el aerogenerador pueda estar en una
situación de marcha en vacío por encima de Vout minimizando las vibraciones
2 o del aerogenerador.
Esos y otros objetos se consiguen por medio de un aerogenerador que
comprende: una torre y una góndola que aloja un generador accionado por un
rotor eólico formado por un buje de rotor y al menos una pala; dispositivos de
medida de al menos la velocidad del viento V, la velocidad del generador Q, el
2 5 ángulo de paso Bi de cada pala, la energía producida P, las aceleraciones del
aerogenerador en dos direcciones perpendiculares Ax, Ay, el ángulo de guiñada
Yw; la posición de acimut del rotor eólico AZ; un sistema de control conectado a
dichos dispositivos de medida y a, al menos, los actuadores de control del
ángulo de paso de las palas y del par motor, estando dispuesto el sistema de
3 o control para llevar a cabo una regulación del aerogenerador de acuerdo con una
determina curva de potencia para velocidades de viento por debajo de lavelocidad de corte Vout; estando dispuesto también el sistema de control para
llevar a cabo una regulación activa del ángulo de paso de las palas cuando el
aerogenerador se encuentra en una situación de marcha en vacío por encima
de Vout cambiando el ángulo de paso {}¡de cada pala para minimizar las
vibraciones del aerogenerador en función de, al menos, lus valores medidos de
5 la velocidad del viento, las aceleraciones del aerogenerador en dos direcciones
perpendiculares Ax, Ay, el ángulo de guiñada Yw, la posición de acimut del rotor
eólico AZ y el ángulo de paso {}¡de cada pala.
En una realización para un aerogenerador de tres palas, la disposición
del sistema de control para llevar a cabo dicha regulación activa del ángulo de
1 o paso de las palas comprende un módulo para obtener las referencias del ángulo
de paso de las palas Bref1, Bref2, Bret3 que tienen que ser proporcionados a los
actuadores del ángulo de paso de las palas que incluye: un primer sub-módulo
para calcular una primera ganancia L1 1, común para todas las palas, en función
de las mediciones de la velocidad del viento Vmeas y las aceleraciones del
15 aerogenerador AXmeas, AYmeas; un segundo sub-módulo para calcular una
segunda ganancia L12, individualmente para cada pala, en función de la primera
ganancia L1t. la medición del acimut del rotor AZmeas y la medición del ángulo de
guiñada Ywmeas; un tercer sub-módulo para calcular una tercera ganancia L13,
individualmente para cada pala, en función de la segunda ganancia L12, la
2 o medición de la velocidad del generador 12meas y el ángulo de paso medio Bmean; y
un cuarto sub-módulo (81) para obtener las referencias individuales del ángulo
de paso de las palas Brett. Bref2, Bret3. en función de la tercera ganancia L13 y la
referencia colectiva del ángulo de paso Bref· Se consigue con ello un sistema de
control capaz de establecer dinámicamente referencias del ángulo de paso de
2 5 cada pala para reducir las vibraciones del aerogenerador.
En realizaciones preferentes, las mediciones de las aceleraciones del
aerogenerador Axmeas, AYmeas son mediciones en la góndola o en la torre en dos
direcciones horizontales perpendiculares o se obtienen combinando ambas
mediciones. La medición del ángulo de guiñada YWmeas puede ser tenida en
3 o
cuenta adicionalmente para ajustar dichas mediciones. Se proporcionan puescurva que define la relación funcional deseada entre potencia y velocidad para
alcanzar una producción ideal. Una curva de ese tipo es la curva 25 de la Figura
2 que muestra que la producción de energía P se incrementa desde una mínima
velocidad del viento V min hasta la velocidad nominal del viento Vn y entonces
5 permanece constante en el valor nominal de producción de energía hasta la
velocidad de corte del viento Vout donde decrece hasta O.
Para implementar esa regulación una unidad de control recibe datos de
entrada tales como la velocidad del viento V, la velocidad del generador Q, el
ángulo de paso de las pala~. la producción de energía P desde bien conocidos
10 dispositivos de medida y envía datos de salida Bret, Trer a, respectivamente, el
sistema actuador el ángulo de paso de las palas para cambiar la posición
angular de las palas 17 y a una unidad de comando del generador para cambiar
la referencia para la producción de energía.
Según la presente invención el sistema de control también está
15 dispuesto para aplicar un control activo del ángulo de paso de las palas en una
situación de marcha en vacío con velocidades de viento por encima de la
velocidad de corte Vout.
Como se muestra en la Figura 3 para el caso de un aerogenerador de
tres palas las entradas básicas a la unidad de control 31 que implementa dicho
2 o control activo del ángulo de paso de las palas en una situación de marcha en
vacío son las siguientes: la medición de la velocidad del viento Vmeas. las
mediciones de los ángulos de paso de las tres palas Bmeast, Bmeas2, Bmeas3, la
referencia colectiva del ángulo de paso de las palas Brer generada por el
controlador principal del aerogenerador, las mediciones de las aceleraciones del
2 5 aerogenerador AXmeas, AYmeas. la medición de la velocidad del generador ilmeas.
la medición de la posición de acimut del rotor eólico AZmeas y la medición del
ángulo de guiñada Ywmeas· Las salidas son las referencias individuales del
ángulo de paso de las palas Brett, Bref2, Bret3 que se proporcionan a los sistemas
de actuación del ángulo de paso de las palas.
30 La medición de la posición de acimut del rotor...
Reivindicaciones:
1. Un aerogenerador que comprende:
- una torre (13) y una góndola (21) que aloja un generador (19) accionado
5 por un rotor eólico formado por un buje de rotor (15) y al menos una pala (17) ;
- dispositivos de medida de al menos la velocidad del viento V, la
velocidad del generador Q, el ángulo de paso Bi de cada pala, la potencia P, las
aceleraciones del aerogenerador en dos direcciones perpendiculares Ax, Ay, el
ángulo de guiñada Yw; la posición de acimut del rotor eólico AZ;
10 -un sistema de control conectado a dichos dispositivos de medida y a, al
menos, los actuadores de control del ángulo de paso de las palas y del par
motor, estando dispuesto el sistema de control para llevar a cabo una regulación
del aerogenerador de acuerdo con una determina curva de potencia (25) para
velocidades de viento por debajo de la velocidad de corte Vout;
15 -estando dispuesto también el sistema de control para llevar a cabo una
regulación activa del ángulo de paso de las palas cuando el aerogenerador se
encuentra en una situación de marcha en vacío por encima de Vout cambiando
el ángulo de paso Bi de cada pala para minimizar las vibraciones del
aerogenerador en función de, al menos, los valores medidos de la velocidad del
2 o viento, las aceleraciones del aerogenerador en dos direcciones perpendiculares
Ax, Ay, el ángulo de guiñada Yw, la posición de acimut del rotor eólico AZ y el
ángulo de paso Bi de cada pala.
2. Un aerogenerador según la reivindicación 1, en el que el sistema de
25 control dispuesto para llevar a cabo dicha regulación activa del ángulo de paso
de las palas para un aerogenerador con tres palas comprende un módulo para
obtener las referencias del ángulo de paso de las palas Bref1 , Bref2, Bref3 que
tienen que ser proporcionados a los actuadores del ángulo de paso de las palas
que incluye:
5 10 -un primer sub-módulo (41) para calcular una primera ganancia , 1t, común para todas las palas, en función de la medición de la velocidad del viento Vmeas y las mediciones de las aceleraciones del aerogenerador Axmeas, AYmeas; -un segundo sub-módulo (61) para calcular una segunda ganancia A2, individualmente para cada pala, en función de la primera ganancia A1, la medición del acimut del rotor AZmeas y la medición del ángulo de guiñada YWmeas; -un tercer sub-módulo para calcular una tercera ganancia A3, individualmente para cada pala, en función de la segunda ganancia , 12, la medición de la velocidad del generador Qmeas y el ángulo de paso medio Bmean; Y -un cuarto sub-módulo (81) para obtener las referencias individuales del ángulo de paso de las palas Brett, Bre f2, Bref3, en función de la tercera ganancia , 13
y la referencia colectiva del ángulo de paso de las palas Bref.
15 3. Un aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones 1-2, en el que las mediciones de las aceleraciones Axmeas, AYmeas están realizadas en la góndola (21) en dos direcciones horizontales perpendiculares.
2 O 4. Un aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones 1-2, en el que las mediciones de las aceleraciones Axmeas, AYmeas están realizadas en la torre (13) en dos direcciones horizontales perpendiculares.
25 5. Un aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones 1-2, en el que dichas mediciones de las aceleraciones Axmeas, AYmeas son el resultado de una composición trigonométrica de las aceleraciones del aerogenerador medidas en la góndola (21) Y en la torre (13) en dos direcciones horizontales perpendiculares.
3 O 6. Aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones 3-5, en el que dichas mediciones de las aceleraciones Axmeas, AYmeas se modifican teniendo en cuenta la medición del ángulo de guiñada YWmeas.
7. Aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones 1-6, en el que el aerogenerador también comprende un dispositivo de Suministro Ininterrumpido de Energía (UPS) para proporcionar energía al sistema actuador del ángulo de paso de las palas en dicha situación de marcha en vacío.
8. Aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones 1-6, en el que la energía suministrada al sistema actuador del ángulo de paso de las palas en dicha situación de marcha en vacío es proporcionada por una red eléctrica a la que el aerogenerador está conectado.
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