Calibración de sensores de carga en pala.

Procedimiento para calibrar uno o más sensores de carga de una pala de una turbina eólica

, comprendiendo la turbina eólica:

un generador principal;

un convertidor electrónico de energía conectado con el generador principal;

un rotor operacionalmente conectado con el generador principal y que carga con la pala;

estando el procedimiento caracterizado porque comprende:

actuar en el convertidor electrónico de energía para operar el generador principal como un motor para poner la pala en al menos una condición predeterminada;

medir cargas en la condición predeterminada usando los sensores de carga de la pala;

calibrar los sensores de carga de la pala teniendo en cuenta las cargas medidas.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E12382008.

Solicitante: ALSTOM Renewable Technologies.

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: 82, Avenue Léon Blum 38100 Grenoble FRANCIA.

Inventor/es: GARATE ÁLVARO,JOSÉ MIGUEL, PINEDA AMO,ISAAC.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MAQUINAS O MOTORES DE LIQUIDOS; MOTORES DE VIENTO,... > MOTORES DE VIENTO > F03D9/00 (Adaptaciones de los motores de viento para usos especiales; Combinaciones de motores de viento con los aparatos que accionan (disposiciones relativas a conjuntos de propulsión de vehículos alimientados por energía eólica B60K 16/00; bombas caracterizadas por su combinación con motores de viento F04B 17/02))
  • 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)

PDF original: ES-2532177_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

CALIBRACIÓN DE SENSORES DE CARGA EN PALA

La presente invención se refiere a un procedimiento para calibrar uno o más sensores de carga de una pala de una turbina eólica, y a una turbina eólica adecuada para llevar a cabo dicho procedimiento.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Las turbinas eólicas modernas son comúnmente utilizadas para suministrar electricidad a la red eléctrica. Las turbina eólicas generalmente comprenden un rotor con un buje de rotor y una pluralidad de palas. El rotor es puesto en rotación bajo la influencia del viento en las palas. Dicha rotación genera un par que normalmente es transmitido, ya sea directamente o a través del uso de una multiplicadora, a un generador principal a través de un eje de rotor. De esta forma, el generador principal produce electricidad para ser suministrada a la red eléctrica.

Las turbinas eólicas pueden comprender sistemas de ángulo de paso que son utilizados para adaptar la posición de las palas a las condiciones variantes del viento mediante la rotación de cada pala a lo largo de su eje longitudinal. Las turbinas eólicas también pueden comprender sensores de carga en las palas para medir las cargas en las palas causadas por ejemplo por el viento y/o el peso de las palas.

Cargas demasiado grandes en las palas pueden p.ej. dañar las palas y/o causar velocidades de rotación no deseadas del rotor, las cuales pueden dañar otros componentes de la turbina eólica. Los sensores de carga en pala permiten detectar cargas elevadas y hacen posible reaccionar, p.ej. actuando en los sistemas de ángulo de paso de tal modo que las cargas en las palas pueden ser reducidas. Estos ajustes en las palas a través de los sistemas de ángulo de paso pueden alargar la vida de la turbina eólica y/o reducir el coste de producir energía.

Los sensores de carga en pala pueden ser calibrados para preservar su precisión en la toma de medidas de las cargas en las palas. La calibración normalmente comprende el establecimiento de una correspondencia entre las indicaciones generadas por los sensores de carga en pala y unos valores de referencia de acuerdo con unos patrones de calibración (i.e. condiciones particulares de calibración) . Si el proceso de calibración produce alguna inconsistencia, pueden llevarse a cabo ajustes adecuados en los sensores de carga para mejorar su precisión.

Es conocido que los sensores de carga pueden ser calibrados manualmente en una fábrica p.ej. tirando de las palas en estático para obtener unas condiciones de calibración particulares. Esta calibración manual es realizada normalmente antes de que las palas sean montadas en la turbina eólica. No obstante, a lo largo del tiempo, los sensores de carga pueden necesitar su re-calibración.

También es conocido que los sensores de carga pueden ser calibrados manualmente cuando las palas están montadas en la turbina eólica mediante una actuación manual (i.e. mecánicamente) en la turbina eólica para p.ej. situar la pala en una posición particular (p.ej. posición horizontal) con un ángulo de paso concreto. Esta calibración manual permite el recalibrado regular de los sensores de carga. No obstante, este tipo de calibración puede requerir un largo tiempo y puede ser especialmente caro para turbinas eólicas en el mar (en inglés: offshore) porque los operadores necesitan desplazarse hasta el lugar donde la turbina eólica está ubicada.

También es conocido el uso de calibración automática de sensores de carga en pala durante la operación de la turbina eólica mediante el registro durante varios minutos de datos (o indicaciones o medidas de carga) proporcionados por los sensores de carga en pala. Por ejemplo, pueden registrarse datos proporcionados por los sensores de carga cuando p.ej. se detectan condiciones de calibración predeterminadas durante la operación al ralentí de la turbina eólica con vientos poco intensos. Algunas de estas condiciones predeterminadas pueden ser obtenidas después de varias horas o días de operación al ralentí de la turbina eólica. Por lo tanto, un inconveniente de este tipo de calibración puede ser que puede requerir un largo tiempo, en función de las condiciones del viento.

Por ejemplo, la solicitud de patente internacional WO 2011/092032 A1 divulga un procedimiento de calibración del tipo comentado en el párrafo anterior. Este procedimiento comprende las etapas de: a) determinar un ángulo acimut del rotor, b) determinar un ángulo de paso de una primera pala de la turbina eólica, c) medir cargas en una primera sección transversal de la primera pala de la turbina eólica utilizando unos primeros sensores de carga, d) calcular cargas teóricas basadas en al menos el ángulo acimut del rotor y el ángulo de paso de la pala determinados en las etapas a) y b) , e) comparar las cargas medidas en la etapa c) con las cargas teóricas calculadas en la etapa d) , y f) calibrar los primeros sensores de carga en base a la comparación de la etapa e) .

El procedimiento de WO 2011/092032 A1 permite calibrar los sensores in situ mientras las palas están montadas en la turbina, i.e. sin la necesidad de que las palas deban ser desmontadas de la turbina. La calibración puede ser realizada mientras la turbina está en funcionamiento y conectada a la red. Un sistema está continuamente registrando datos relevantes (condiciones de operación de la turbina y medidas de los sensores) , y después de algún tiempo de haber recolectado suficientes datos para realizar una calibración fiable de los sensores. La calibración es realizada de forma completamente automática. No obstante, según se ha argumentado anteriormente, la ejecución de este procedimiento puede conllevar un largo tiempo.

El documento US2009/0263246 A1 muestra la técnica anterior más cercana.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

Existe aún, por tanto, una necesidad de procedimientos de calibración de sensores de carga en pala y de turbinas eólicas que resuelvan algunos de los inconvenientes antes mencionados. El objeto de la presente invención es cumplir con dicha necesidad.

En un primer aspecto, la presente invención proporciona un procedimiento para calibrar uno o más sensores de carga de una pala de una turbina eólica, comprendiendo dicha turbina eólica un generador principal, un convertidor electrónico de energía conectado con el generador principal, y un rotor operacionalmente conectado con el generador principal y que carga con la pala. El procedimiento comprende actuar en el convertidor electrónico de energía para operar el generador principal como un motor para poner la pala en al menos una condición predeterminada. El procedimiento comprende además medir cargas en la condición predeterminada usando los sensores de carga de la pala. Y el procedimiento comprende también calibrar los sensores de carga de la pala teniendo en cuenta las cargas medidas.

Una de las claves de este procedimiento es el cambio de rol del generador principal. El generador puede ser operado como un motor si el convertidor electrónico de energía le proporciona la energía apropiada. De esta manera, se pueden obtener fácilmente diferentes condiciones predeterminadas del rotor y las palas de acuerdo con p.ej. patrones de calibración relacionados. Para cada una de dichas condiciones predeterminadas, se pueden obtener unas medidas de carga por parte de los sensores de carga y compararlas con unos valores de referencia para calibrar los sensores de carga.

En algunas realizaciones, estas cargas de referencia pueden ser cargas teóricas calculadas, estando basados dichos cálculos en un modelo teórico de una pala. Adicionalmente o alternativamente a estas cargas teóricas calculadas, las cargas medidas pueden ser también comparadas con valores que fueron obtenidos experimentalmente... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento para calibrar uno o más sensores de carga de una pala de una turbina eólica, comprendiendo la turbina eólica: un generador principal; un convertidor electrónico de energía conectado con el generador principal; un rotor operacionalmente conectado con el generador principal y que carga con la pala; estando el procedimiento caracterizado porque comprende: actuar en el convertidor electrónico de energía para operar el generador principal como un motor para poner la pala en al menos una condición predeterminada; medir cargas en la condición predeterminada usando los sensores de carga de la pala; calibrar los sensores de carga de la pala teniendo en cuenta las cargas medidas.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que poner la pala en la al menos una condición predeterminada comprende poner el rotor en una primera posición de modo que la pala tiene una posición sustancialmente horizontal.

3. Procedimiento según la reivindicación 2, en el que poner la pala en la al menos una condición predeterminada comprende poner la pala en una segunda posición resultante de rotar el rotor sustancialmente 180 grados con respecto a la primera posición; y en el que calibrar los sensores de carga de la pala comprende comparar cargas medidas en la primera posición y cargas medidas en la segunda posición.

4. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, comprendiendo además poner el rotor que carga con la pala a una velocidad de rotación sustancialmente constante; y medir cargas usando los sensores de carga de la pala a dicha velocidad de rotación sustancialmente constante.

5. Procedimiento según la reivindicación 4, en el que la turbina eólica comprende además uno o más sensores de posición para medir la posición rotacional de las palas; y en el que calibrar los sensores de carga de la pala comprende: medir unas posiciones de las palas usando los sensores de posición; obtener una correlación entre las posiciones y las cargas medidas; calibrar los sensores de carga en pala teniendo en cuenta dicha correlación entre las cargas y las posiciones medidas.

6. Procedimiento de calibración que comprende el procedimiento según las reivindicaciones 4 ó 5 a diferentes velocidades de rotación.

7. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la turbina eólica comprende un sistema de ángulo de paso para cambiar el ángulo de paso de la pala; y en el que poner la pala en la al menos una condición predeterminada comprende actuar en el sistema de ángulo de paso para poner la pala en al menos un ángulo de paso predeterminado.

8. Procedimiento de calibración de sensores de carga de una pluralidad de palas de una turbina eólica, que comprende repetir el procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 para cada pala de la pluralidad de palas.

9. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que calibrar los sensores de carga en pala comprende: obtener unas cargas de referencia correspondientes a la al menos una condición predeterminada; comparar las cargas medidas con las cargas de referencia.

10. Procedimiento según la reivindicación 9, en el que las cargas de referencia son cargas teóricas basadas en un modelo de la pala.

11. Procedimiento según la reivindicación 9, en el que las cargas de referencia son cargas medidas obtenidas experimentalmente bajo condiciones controladas.

12. Turbina eólica que comprende: un generador principal; un convertidor electrónico de energía conectado con el generador principal; al menos una pala que tiene uno o más sensores de carga; un rotor operacionalmente conectado con el generador principal y que carga con la pala; y

una unidad de control, estando la turbina eólica caracterizada porque dicha unidad de control está configurada para realizar un procedimiento que comprende: actuar en el convertidor electrónico de energía para operar el generador principal como un motor para poner la pala en al menos una condición predeterminada; medir cargas en la condición predeterminada usando los sensores de carga de la pala; calibrar los sensores de carga en pala teniendo en cuenta las cargas medidas.