MÉTODO DE CONTROL DE AEROGENERADOR.

Método de control de aerogenerador.

Se describe un método de control de aerogeneradores que está basado en la realización de distintas medidas de oscilaciones de la góndola del aerogenerador para llevar a cabo una serie de cálculos cuyos resultados permiten parametrizar ciertas actuaciones sobre diferentes elementos del aerogenerador para poder amortiguar oscilaciones. De forma breve

, se puede decir que el objeto de la invención aquí descrita es un método de control de una turbina eólica mediante el cual se amortiguan las oscilaciones de la góndola del aerogenerador en la presencia de huecos de tensión en particular, y en general, en cualquier evento que sea susceptible de reducir la capacidad de generación de corriente activa.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201231508.

Solicitante: ACCIONA WINDPOWER, S.A..

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: GARCIA SAYES,JOSE MIGUEL, NUÑEZ POLO,MIGUEL, ARLABAN GABEIRAS,TERESA, GARCÍA BARACE,ALBERTO, EGAÑA SANTAMARINA,IGOR, LABORDA RUBIO,José Luis, GONZALÉZ MURUA,Alejandro.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • 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 H — ELECTRICIDAD > PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA... > CONTROL O REGULACION DE MOTORES ELECTRICOS, GENERADORES... > Disposiciones para el control de generadores eléctricos... > H02P9/04 (Control efectuado sobre un motor primario no eléctrico y que depende del valor de una característica eléctrica de la salida del generador (para la realización del control de la máquina de arrastre en general, ver la clase apropiada concerniente a esta máquina))
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MÉTODO DE CONTROL DE AEROGENERADOR.

Fragmento de la descripción:

OBJETO DE LA INVENCION

La presente invención se enmarca en el campo de la generación de electricidad a partir de energía eóllca.

El objeto de la invención consiste en un método de control y gestión de un aerogenerador determinado en un estado especifico de funcionamiento y de entorno.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Gracias a la introducción de nuevas topologías eléctricas en los aerogeneradores conectados a la red eléctrica como por el uso de novedosos métodos de control, es posible aumentar la integración de fuentes de generación eléctrica de origen eólico en la red contribuyendo al buen funcionamiento de la misma. Tanto en el caso de aquellas configuraciones en las que el generador eléctrico se encuentra completamente desacoplado de la red eléctrica gracias al uso de convertidores AC/DC/AC en la conexión a la red del estator de los mismos como en el de los generadores doblemente alimentados (DFIG) cuyo rotor se encuentra alimentado por un convertidor de un porcentaje reducido del total de la potencia del aerogenerador, existen diversas técnicas para cumplir con los requisitos de red, y para garantizar cierta capacidad para soportar perturbaciones eléctricas sin desconectar estos sistemas de la red. Por ejemplo, tanto los generadores DFIG como los full-converter con el par eléctrico controlado por medio de un equipo de electrónica de potencia, permiten controlar independientemente la potencia activa y la potencia reactiva generadas contribuyendo al control de tensión de la red local.

Durante un hueco de tensión en que la tensión de red es inferior en cierto grado a la tensión nominal, un aerogenerador debería aumentar su corriente eléctrica en fase con la disminución de tensión para poder producir la misma potencia. En determinadas ocasiones, como por ejemplo cuando el aerogenerador se encuentra en un nivel de producción cercano al nominal, ante huecos de tensión profundos, la limitación de corriente de los componentes eléctricos hace ¡nvlable mantener el mismo nivel de potencia.

Por tanto, la aparición de un hueco de tensión causa la aceleración del rotor. Dicha dinámica produce sobrecarga en distintos componentes del aerogenerador. Asi por ejemplo, la repentina disminución del par eléctrico en un hueco de tensión, y la rápida actuación del sistema de control de pitch para frenar la aceleración del rotor, introducen fuertes cargas sobre la torre que pueden reducir la vida del aerogenerador.

No obstante, es preciso señalar que la actuación brusca del sistema de pitch es perjudicial para la torre al reducir bruscamente el empuje causado por el viento sobre el rotor, y al excitar ciertos modos de vibración de la misma. Además, la variación del par causada por la citada reducción de potencia evacuada por el generador también provoca una oscilación lateral de la góndola, correspondiente a modos muy poco amortiguados.

En el estado de la técnica previa a esta Invención, ante un evento como la reducción drástica de la potencia disponible, el sistema de control actúa sobre el pitch hasta que la posición de las palas es tal que la potencia captada por el rotor ¡guala la potencia evacuable por la red eléctrica. Dicha actuación se realiza al máximo pitch rate permitido por el actuador. Comandar la pala al máximo pitch rate del actuador permite ejercer el máximo poder de frenado del rotor mediante la aerodinámica y evita la parada del aerogenerador, que le llevaría a la desconexión de la red eléctrica. De esta manera, es posible cumplir con la normativa de conexión a la red. Existe también algún precedente, descrito en este mismo informe, de alguna invención que pretende reducir las oscilaciones de la góndola ante el evento de un hueco.

Actualmente se conocen soluciones como la aportada por la patente ES2333393B1 donde se describe un método de control de un aerogenerador según el cual, cuando se detecta el hueco de tensión de la red, se reduce la potencia generada por la turbina mediante la actuación sobre el ángulo de pitch hasta cierto nivel dependiente de la potencia disponible en un hueco de tensión y del viento del momento, y se reduce la potencia generada por el generador eléctrico mediante la reducción del par. Este método de control iguala la potencia generada en condiciones de hueco con la potencia suministrable a la red en esas condiciones. Dicha potencia suministrable a la red depende del nivel de tensión de red, del nivel de corriente reactiva, y de los límites de corriente máximos del sistema.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

El objeto de la invención es un método de control de aerogeneradores que permite solucionar los problemas anteriormente expuestos. Para ello se propone un método de control de una turbina eólica mediante el cual se amortiguan las oscilaciones de la góndola del aerogenerador en la presencia de huecos de tensión en particular, y en general, en cualquier evento que sea susceptible de reducir la capacidad de generación de corriente activa.

Dicho método se aplica en aerogeneradores que comprenden un rotor formado por una pluralidad de palas, un generador eléctrico conectado a la red eléctrica, un tren de potencia, una góndola, una unidad de control y un sistema de paso de pala configurado para controlar el ángulo de paso de cada pala y el método se basa en la toma de datos y cálculo de señales representativas a partir de dichos datos, aunque algunos datos pueden no ser captados de forma directa si no determinados mediante cálculo a partir de otros datos que a su vez puede ser tomados de forma directa o indirecta (tablas o información técnica referida a dichos datos accesible fácilmente cuando se haga necesario usarla).

El método objeto de la invención, entre sus aspectos más relevantes, comprende una fase de cálculo de una señal Indicativa de la oscilación adelante-atrás de la góndola (AAA), que se puede tomar mediante diversos medios de captura de datos o sensores como puede ser un acelerómetro. Una vez obtenida dicha señal Indicativa de la oscilación adelante-atrás (AAA) de la góndola se calcula una primera señal indicativa del estado de la red eléctrica y una consigna de pitch rate de amortiguación de góndola en función de la señal Indicativa de la aceleración adelante-atrás (AAA) de la góndola, calculándose dicha consigna por medio de la aplicación de un control lineal sobre dicha señal de aceleración. Con esos datos se puede proceder a calcular un límite de pitch rate mínimo en hueco (^) menor que el límite de pitch rate

máximo de diseño Qj) ; en el caso de que la señal indicativa del estado de la red eléctrica indique la presencia de un hueco de tensión, calcular una consigna de pitch rate a partir de la consigna de pitch rate

de amortiguación de torre y del límite de pitch rate mínimo en hueco (^)

\kt J min

El método objeto de la Invención se basa en la captura y procesado de diversos datos así como en el cálculo de algunos parámetros, para ello se procede a captar al menos una señal indicativa de estado de red eléctrica donde dicha señal puede ser indicativa de un hueco de tensión, dicha captura se puede llevar a cabo de diversas maneras ya sea mediante sensores haciendo función de medios de captura de datos para obtener los citados datos referidos a tensión de la red eléctrica, corriente activa disponible (diferencia entre la corriente que puede generar el generador eléctrico durante un hueco, establecida en las especificaciones y la corriente reactiva necesaria para el cumplimiento de los requisitos de integración en red), la potencia activa evacuable, etc. siendo la potencia evacuable calculada a partir de una tensión de red medida y de un límite máximo de corriente.

Una vez tenemos dicha señal indicativa de estado de...

 


Reivindicaciones:

1.- Método de control de un aerogenerador que comprende:

- un rotor formado que a su vez comprende una pluralidad de palas,

- un generador eléctrico conectado a la red eléctrica,

- un tren de potencia,

- una góndola,

- al menos una unidad de control, y

- un sistema de paso de pala configurado para controlar el ángulo de paso de cada pala,

donde el método comprende captar al menos una señal indicativa de estado de red eléctrica para la detección de un hueco de tensión, estando el método caracterizado porque comprende:

- calcular un límite de pitch rate mínimo para hueco () siendo éste menor que un límite de

\At J-min

pitch rate máximo de diseño ()

\ht) max

y porque una vez detectada la presencia de un hueco de tensión realiza las etapas de:

- calcular al menos una señal indicativa de una oscilación adelante-atrás de la góndola,

- calcular una consigna de pitch rate de amortiguación de torre en función de la señal indicativa de la aceleración adelante-atrás de la góndola, y

- calcular una consigna de pitch rate a partir de la consigna de pitch rate de amortiguación de torre y del pitch rate mínimo en hueco ()

\ht) min

2 - Método de control de un aerogenerador según la reivindicación 1 caracterizado porque el límite de pitch

rate mínimo en hueco () es un valor calculado en función de la señal indicativa del estado de la red

\At /min

eléctrica y de una señal indicativa de la aceleración angular del rotor.

3 - Método de control de un aerogenerador según la reivindicación 2 caracterizado porque la señal indicativa de la aceleración angular del rotor se calcula a partir de una diferencia entre pares eléctricos, determinado un primer par eléctrico a partir de la señal indicativa de estado de red eléctrica en un instante anterior a la detección del hueco de tensión y determinado un segundo par eléctrico a partir de la señal Indicativa de estado de red eléctrica en un instante posterior a la detección del hueco de tensión.

4.- Método de control de un aerogenerador según la reivindicación 2 caracterizado porque la señal indicativa de la aceleración angular del rotor se calcula a partir de al menos dos medidas de la velocidad del rotor en dos instantes distintos de tiempo, estando al menos una de las medidas determinada a partir de la señal indicativa de estado de red eléctrica en un instante posterior a la detección del hueco de tensión.

5.- Método de control de un aerogenerador según la reivindicación 3 ó 4 caracterizado porque comprende calcular, a partir de la señal de aceleración angular del rotor, un intervalo de tiempo máximo tmax en que se alcanza una velocidad de giro del rotor de desconexión partiendo de una velocidad en el instante inicial del hueco QO(hueco).

6.- Método de control de un aerogenerador según la reivindicación 5 caracterizado porque comprende calcular un término de corrección de pitch A(3 que iguala una potencia aerodinámica captada del viento Pmec a una potencia evacuable por la red eléctrica Pevacuable.

7.- Método de control según la reivindicación 6 caracterizado porque comprende calcular un límite de pitch rate mínimo en hueco () calculado como el cociente entre el término de corrección de pitch A(3 y un tiempo menor o igual a tmax.

8.- Método de control según reivindicación 7 caracterizado porque la consigna de pitch rate se obtiene mediante suma del límite de pitch rate mínimo en hueco () y la consigna de pitch rate de amortiguación de torre.

9.- Método de control según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque la señal indicativa de la red eléctrica es potencia evacuable calculada a partir de una tensión de red medida y de un límite máximo de corriente.

10.- Método de control según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 caracterizado porque comprende activar, a partir de la señal indicativa del estado de la red eléctrica, una parada del aerogenerador en función del tiempo de duración del hueco de tensión.