MÉTODO DE CONTROL DE UN AEROGENERADOR.

Sistema y método de control de un aerogenerador.

Se describe un sistema y un método de control para aerogeneradores que permite gestionar de manera eficiente el posicionamiento de las palas del aerogenerador,

cuando éste se encuentre en situación de parada de emergencia. El objeto de la invención se basa en la obtención de una serie de señales relacionadas con cargas sobre cada una de las palas, con la velocidad de giro del rotor a partir de datos tomados por unos segundos sensores; para a partir de dichas señales calcular unas consignas de ángulo de paso y accionar al menos una actuador principal para mover y hacer girar la pala.

Método de control de un aerogenerador.

OBJETO DE LA INVENCIÓN.

La presente invención, según se expresa en el enunciado de la presente memoria descriptiva, se refiere a un sistema de control de un aerogenerador, teniendo por objeto el mecanismo de cambio de ángulo de paso de pala.

En la presente memoria se describe un sistema para el control del ángulo de paso de pala de un aerogenerador diseñado de tal forma que se posicionan las palas de la manera adecuada ante una situación de parada.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN.

Las cargas sobre el rotor, el tren de potencia, y la torre de un aerogenerador de eje horizontal están causadas en gran parte por el muestreo espacial por medio de las palas del rotor de varios efectos del viento: la turbulencia, la sombra de torre y la variación con la altura de la dirección y magnitud. El efecto de fatiga de estos esfuerzos se puede reducir por medio de la conocida técnica del control individual de pitch, consistente en cambiar el ángulo de paso de pala (pitch) de cada una de las palas independientemente de las demás a partir de medidas de cargas obtenidas a partir de sensores colocados en cada una de las palas.

Si bien el objeto del control individual de pitch es mitigar la fatiga sobre el conjunto del aerogenerador, se pueden producir transitorios en que las diferencias entre las posiciones de las palas pueden dar lugar a cargas extremas más altas. Para evitar esta circunstancia, por ejemplo, en paradas de máquina controlada, las posiciones de las palas se igualan antes de llevarlas hasta la posición segura, esto es, la posición de bandera. Esta operación sin embargo no es posible en el caso de una parada de emergencia, dado que es el propio diseño de los actuadores de pitch el que lleva las palas a posición de bandera a máxima velocidad. De esta manera, aunque las palas se mueven a la misma velocidad, dado que parten de posiciones distintas, en la mayor parte del tiempo de parada las palas se encuentran en distintos ángulos de pitch, dando lugar a fuertes desequilibrios mecánicos mientras el rotor sigue girando. Así puede suceder por ejemplo en paradas de emergencia con viento turbulento.

La implementación más comúnmente utilizada en la industria eólica del control individual de pitch exige la instalación de un equipo de medición de cargas en la raíz de cada pala. Sin embargo, es conocido que es perfectamente posible hacerlo por medio de mediciones de cargas en el buje, en el bastidor principal o incluso en el rodamiento de yaw.

En la solicitud de patente americana US2009148286 se propone un método para calcular un retardo en la actuación de cada pala cuya finalidad es igualar los ángulos de pitch de todas las palas en el comienzo de una parada de emergencia al utilizar estrategias de control individual de pitch. En esta solicitud se propone retardar de distinto modo la activación de las distintas cadenas de seguridad de los distintos pitches, de modo que la mayor parte del tiempo que dura la maniobra, los ángulos de pitch de todas las palas son iguales.

En la patente americana US4348155 se presenta un doble actuador de pitch cuyo propósito es aumentar la fiabilidad por medio de un doble sistema que proporciona redundancia en la actuación. Además, el fabricante de aerogeneradores DeWind también ha utilizado dobles sistemas de actuación de pitch por pala para dar cierta redundancia en operación.

En la patente española ES2327695 se presenta un sistema hidráulico de pitch que contiene un acumulador a la salida del fluido para proporcionar dos velocidades distintas de actuación en paradas de emergencia a los actuadores de pitch. La capacidad del acumulador no se varía durante el funcionamiento del aerogenerador.

En la solicitud de patente americana US2010226772 se describe un sistema de control para modificar el ángulo de flap de cada pala independientemente del de las demás y un sistema de control del ángulo de paso de pala.

La patente española ES2327695 describe un sistema de control de pitch para mover las palas a bandera en emergencia a velocidad variable mediante cierto cambio en la velocidad de pitch que reduce las cargas sobre la base de la torre.

En la solicitud británica GB2455296 se presenta un sistema de compensación para cada una de las palas para trabajar con estrategias de control individual de pitch. Dicho sistema de compensación modifica el ángulo de pitch colectivo proveniente de un control central a partir de la medida de la carga en una pala a aplicar en dicha pala, esto es, utiliza únicamente la medida de cargas de cada pala para el control individual de pitch de dicha pala.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

El objeto de la invención es un método de control de un aerogenerador que comprende varias palas acopladas a un buje mediante rodamientos y un sistema de control de paso de pala adaptado para fijar independientemente el ángulo de paso de cada pala, al menos un actuador principal y un actuador secundario por cada pala, caracterizado porque se obtiene una primera señal indicativa de unas cargas sobre cada una de las palas a partir de datos tomados por unos primeros sensores; se obtiene una segunda señal indicativa de la velocidad de giro del rotor a partir de datos tomados por unos segundos sensores; se calcula la consigna colectiva de ángulo de paso de pala común a todas las palas ( en función de la segunda señal; se calcula para cada pala la consigna individual de diferencial de ángulo de pala (

3) en función de la primera señal; se acciona al menos el actuador principal (7) para colocar cada pala en un ángulo de paso de pala sustancialmente igual a la suma de la consigna colectiva y la consigna individual ( c+ c+ 3) ; se acciona cada actuador secundario (8) en función de la consigna individual de la pala correspondiente, cabe destacar que por el verbo accionar, a lo largo de esta memoria, se entiende toda acción que se lleva a cabo en relación con el citado actuador (7, 8) ya sea movimiento o no, entre ellas se incluye entre otras acciones: órdenes, comandos y envío de los mismos, desplazamiento, parada, encendido, apagado o cualquier acción que se ejerza sobre el actuador (7, 8) o haciendo uso del mismo. A continuación se hace girar cada pala mediante la cooperación del actuador principal (7) y el actuador secundario (8) a una primera velocidad durante un primer tiempo de actuación dependiente de un ángulo inicial de paso de cada pala, y se hace girar cada pala exclusivamente mediante el actuador principal (7) a una segunda velocidad menor que la primera velocidad hasta posicionar la pala en una posición de bandera, siendo la primera velocidad y la segunda velocidad substancialmente iguales para todas las palas.

El ángulo de paso de pala común a todas las palas ( c) se calcula para regular la velocidad de giro del rotor, por lo que se alimenta de una señal indicativa de dicho parámetro. Sin embargo, también es posible que el ángulo de paso de pala común ( c) incorpore un término dependiente de la aceleración de la góndola adelante-atrás, mitigando la fatiga causada por las cargas sobre la base de la torre.

Cualquier experto en la materia conoce que el método de control individual de pitch comúnmente descrito en el estado de la técnica se basa en obtener una primera señal indicativa de unas cargas sobre cada una de las palas a partir de datos tomados por unos primeros sensores; obtener una segunda señal indicativa de la velocidad de giro del

un actuador principal y un actuador secundario, describiendo un método de control ante situaciones de emergencia.

Las consignas individuales de diferencial de ángulo de pala ( 3) se calculan para reducir las cargas sobre el rotor y los elementos estructurales tales como el buje, el bastidor o la torre, causadas por la asimetría del viento incidente sobre el rotor. En una realización preferente se miden las cargas fuera del plano del rotor en las raíces de las palas, se proyectan sobre los ejes fijos obteniéndose unas señales indicativas de las cargas sobre el bastidor, se calculan dos consignas diferenciales de actuación de pitch respecto a cada uno de los ejes fijos, y posteriormente se obtienen las consignas individuales de diferencial de ángulo de pala ( 3) a partir de dichas cargas fijas proyectadas sobre el rotor giratorio. En una realización alternativa, sería posible también medir directamente las cargas sobre el buje o sobre el bastidor, y calcular las consignas individuales de ángulo de paso de 3) a partir de dichas medidas.

Para la medición de las cargas sobre las palas habitualmente se utilizan sensores de fibra óptica de red de Bragg (Fibre Bragg Grating) , aunque alternativamente también sería posible utilizar otro tipo de...

1. Método de control de un aerogenerador que comprende:

• una torre (3) ,

• una góndola (2) ,

• un rotor (1) , que a su vez comprende varias palas acopladas a un buje mediante rodamientos, adaptado para girar alrededor de un eje substancialmente horizontal (6) , de modo que varía la posición acimutal ( ,

• un sistema de control de paso de pala adaptado para fijar independientemente el ángulo de paso de cada pala, y

• al menos un actuador principal (7) y un actuador secundario (8) por cada pala,

dicho método caracterizado porque comprende los siguientes pasos: obtener una primera señal indicativa de unas cargas sobre cada una de las palas a partir de datos tomados por unos primeros sensores; obtener una segunda señal indicativa de la velocidad de giro del rotor a partir de datos tomados por unos segundos sensores; calcular la consigna colectiva de ángulo de paso de pala común a todas las palas ( c) en función de la segunda señal; calcular para cada pala la consigna individual de diferencial de ángulo de pala (

3) en función de la primera señal; accionar al menos el actuador principal (7) para colocar cada pala en un ángulo de paso de pala sustancialmente igual a la suma de la consigna colectiva y la consigna individual ( c+ c+ 3) ; accionar cada actuador secundario (8) en función de la consigna individual de la pala correspondiente; hacer girar cada pala mediante la cooperación del actuador principal (7) y el actuador secundario (8) a una primera velocidad durante un primer tiempo de actuación dependiente de un ángulo inicial de paso de cada pala, y hacer girar cada pala exclusivamente mediante el actuador principal (7) a una segunda velocidad menor que la primera velocidad hasta posicionar la pala en una posición de bandera, siendo la primera velocidad y la segunda velocidad substancialmente iguales para todas las palas.

2. Método según reivindicación 1 caracterizado porque el primer tiempo de actuación de cada pala es tal que una vez que todas las palas giran a la segunda velocidad, el ángulo de paso de todas las palas es sustancialmente el mismo.

3. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2 caracterizado porque el actuador secundario (8) se encuentra acoplado mecánicamente al actuador principal (7) , de modo que el ángulo de paso de cada pala es el resultante de la actuación del actuador principal (7) y del actuador secundario (8) correspondientes.

4. Método según la reivindicación 3 caracterizado porque el paso de accionar al menos el actuador principal (7) para 5. Método según reivindicación 3 caracterizado porque:

el paso de accionar al menos el actuador principal (7) para colocar cada pala en un ángulo de paso de pala sustancialmente igual a la suma de la consigna colectiva y la consigna individual ( c+ c+ comprende mantener el actuador principal (7) en una posición fija de operación; y el paso de accionar cada actuador secundario (8) en función de la consigna individual de la pala correspondiente comprende accionar el actuador secundario (8) en función de la consigna colectiva de ángulo de paso de pala (

6. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2 , caracterizado porque el actuador principal (7) es un cilindro hidráulico y el actuador secundario (8) se encuentra acoplado a un depósito hidráulico de volumen variable conectado a una de las cámaras del actuador principal (7) ; donde el paso de accionar cada actuador secundario (8) en función de la consigna individual de la pala correspondiente comprende el paso de regular el volumen de dicho depósito en función de la consigna individual de paso de pala ( 2, 3) .

7. Método según reivindicación 6, caracterizado porque el paso de regular el volumen de dicho depósito en función de la consigna individual de paso de pala ( 2, 3) comprende mantener el volumen del depósito sustancialmente vacío.

8. Método según la reivindicación 7 en que el paso de hacer girar cada pala mediante la cooperación del actuador principal (7) y el actuador secundario (8) a una primera velocidad durante un primer tiempo de actuación dependiente de un ángulo inicial de paso de cada pala comprende modificar el flujo hidráulico que entra o sale del actuador principal mediante el llenado del depósito de volumen variable durante el primer tiempo, incrementando así la primera velocidad de giro de cada pala.

9. Método según reivindicación 3 caracterizado porque en el caso de que un actuador secundario (8) no esté operativo, el paso de accionar al menos el actuador principal (7) para colocar cada pala en un ángulo de paso de pala sustancialmente igual a la suma de la consigna colectiva y la consigna individual ( c+ c+ 3) comprende accionar todos los actuadores principales (7) en función de una consigna calculada como la suma de la consigna colectiva ( c) más la consigna individual correspondiente a la pala cuyo actuador secundario (8) no se encuentra operativo.