Método de operación de un aerogenerador que minimiza las oscilaciones de la torre.

Metodo de operacion de un aerogenerador de velocidad variable provisto de un dispositivo de control orientado a la optimizacion de la potencia, en un intervalo de velocidades

(V1-V2) en torno a la velocidad critica (Vc) en la que se produce una frecuencia del rotor coincidente con la frecuencia natural de la torre, en el que, en lugar de regular el par motor demandado por el generador siguiendo una curva optima par motor vs. velocidad del generador (11), se puede seguir una regulacion transitoria utilizando una curva (13) formada por un primer tramo (21) en el que el par motor asciende desde un punto correspondiente a un valor inicial de velocidad (Vi) hasta alcanzar la curva (31) de potencia constante (P2) en el punto correspondiente a otro valor de velocidad (V1) de un segundo tramo (23) en el que el par motor desciende hasta alcanzar la curva (33) de potencia constante (P1) en el punto correspondiente a otro valor de velocidad (V2) y de un tercer tramo (25) en el que el par motor asciende hasta alcanzar la curva optima (11) en el punto correspondiente a otro valor de velocidad (Vf), siendo los valores de las potencias respectivamente superior e inferior en un porcentaje predeterminado (p) que el nivel de potencia correspondiente a la frecuencia natural de la torre en dicha curva optima (11), caracterizado porque comprende los siguientes pasos:

a) monitorizar continuamente la velocidad (V) del generador y activar un contador asignandole un valor (S) aplicando al tiempo transcurrido desde su activacion un coeficiente de ponderación dependiente de la diferencia existente entre la velocidad del generador (V) y la velocidad critica (Vc), en valor absoluto, que tiene valores positivos en el intervalo de velocidades (Vi-Vf),entre la velocidad inicial (Vi) y la velocidad en la cual el par motor alcanza la curva ideal (Vf), alcanzando un maximo cuando la velocidad del generador se iguala a la velocidad critica (V≥Vc), y valores negativos fuera de el;

b) proceder a la activación de dicha regulación transitoria cuando el valor (S) del contador alcanza un valor preestablecido (Si) y a su desactivacion cuando el valor (S) del contador alcanza otro valor preestablecido (Sf), volviendo en este caso al modo de regulación donde el par motor demandado por el generador sigue la mencionada curva optima (11).

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E09005870.

Solicitante: GAMESA INNOVATION & TECHNOLOGY, S.L.

Inventor/es: FERNANDEZ ROMERO,Ignacio, MAYO AZQUETA,ÓSCAR.

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 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)
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MAQUINAS O MOTORES DE LIQUIDOS; MOTORES DE VIENTO,... > MOTORES DE VIENTO > F03D7/00 (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))

PDF original: ES-2532253_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

MÉTODO DE OPERACiÓN DE UN AEROGENERADOR QUE MINIMIZA

LAS OSCILACIONES DE LA TORRE

CAMPO DE LA INVENCiÓN

5

La invención se refiere a un método de operación de un aerogenerador y,

en particular, a un método de operación de un aerogenerador en situaciones en

las que la velocidad del rotor se encuentra en una banda en la que se pueden

producir frecuencias resonantes con la frecuencia natural de la torre.

10

ANTECEDENTES

Las torres de los aerogeneradores están sujetas a un movimiento

oscilatorio. La frecuencia de oscilación de una torre determinada, también

15 llamada frecuencia natural, frecuencia de resonancia ó eigenfrecuencia,

depende, entre otros factores, de su altura, del material empleado en su

construcción, del espesor de sus paredes y del peso de la góndola y el rotor.

Por su parte, cada vez que una pala del rotor del aerogenerador pasa por

la torre el empuje del rotor sobre la torre disminuye ligeramente y si el rotor gira

2 O a una velocidad rotacional en la que una pala del rotor pasa por la torre cada

vez que ésta se encuentra en una de sus posiciones extremas puede suceder

que o bien se amortigüen o bien se amplifiquen las oscilaciones la torre. A su

vez, las palas del rotor son flexibles y pueden vibrar a una cierta frecuencia que

puede también amortiguar o amplificar las oscilaciones de torre.

25 Si todos los factores señalados actúan simultáneamente se puede

producir una oscilación de la torre del aerogenerador de una magnitud que

puede ocasionar daños en la torre ú otros componentes del aerogenerador o al

menos reducir su eficiencia.

Para minimizar esas oscilaciones la técnica conocida ha propuesto, por

3O un lado, utilizar torres diseñadas siguiendo criterios estructurales orientados a

reducir su frecuencia natural y, por otro lado, utilizar métodos de operación de

los aerogeneradores que aseguren que las frecuencias de excitación del rotor

- 3 -

estén suficientemente distanciadas de la frecuencia natural de la torre para

evitar los incrementos dinámicos de las cargas estructurales que se producen

cuando coinciden que, como es bien conocido, provocan la fatiga prematura de

componentes básicos del aerogenerador.

5 Uno de esos métodos de operación se describe en EP0244341 y

consiste básicamente en evitar que el aerogenerador opere a una velocidad

comprendida en una banda crítica respecto a la frecuencia natural de la torre.

Otro de esos métodos de operación, dirigido especialmente a un

aerogenerador situado en la plataforma marina, se describe en EP1269015 y

10 consiste básicamente en controlar que la operación del aerogenerador a una

velocidad comprendida en una banda crítica respecto a la frecuencia natural de

la torre se desarrolle lo más rápidamente posible.

Otro de esos métodos consiste en aplicar un control de la velocidad del

rotor en la banda crítica entre dos curvas de potencia preestablecida para

15 atravesar la banda rápidamente.

Esos métodos tienen varios inconvenientes y, en particular, que implican

pérdidas en la producción de energía. La presente invención está orientada a su

solución.

2 O SUMARIO DE LA INVENCiÓN

Un objeto de la presente invención es proporcionar un método de

operación de un aerogenerador que permita minimizar el tiempo en el que la

velocidad del rotor se encuentra en una banda en la que se pueden producir

25 frecuencias resonantes con la frecuencia natural de la torre.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar un método de

operación de un aerogenerador que permita minimizar los efectos negativos

tanto en producción de potencia como en incrementos dinámicos de cargas

sobre los componentes del aerogenerador cuando la velocidad del rotor se

3 O encuentra en una banda en la que se pueden producir frecuencias resonantes

con la frecuencia natural de la torre.

Esos y otros objetos se consiguen con un método de operación de un aerogenerador de velocidad variable provisto de un dispositivo de control orientado a la optimización de la potencia en un intervalo de velocidades V1-V2 en torno a la velocidad crrtica Vc en la que se produce una frecuencia del rotor coincidente con la frecuencia natural de la torre, en el que, en lugar de regular el par motor demandado por el generador siguiendo una curva óptima par motor vs. velocidad del generador, se puede seguir una regulación transitoria utilizando una curva formada por un primer tramo en el que el par motor asciende desde un punto correspondiente a una velocidad Vi hasta alcanzar la curva de potencia constante P2 en el punto correspondiente a la velocidad V1, por un segundo tramo en el que el par motor desciende hasta alcanzar la curva de potencia constante P1 en el punto correspondiente a la velocidad V2 y por un tercer tramo en el que el par motor asciende hasta alcanzar la curva óptima en el punto correspondiente a la velocidad Vf, siendo dichas potencias P2 y P1 superior e inferior respectivamente en un porcentaje predeterminado p a la potencia Pc correspondiente a la frecuencia natural de la torre en dicha curva óptima, caracterizado porque comprende los siguientes pasos:

-Obtener continuamente la velocidad V del generador y activar un contador asignándole un valor S aplicando al tiempo transcurrido desde su activación un coeficiente de ponderación dependiente de la diferencia existente entre V y Vc en valor absoluto, que tiene valores positivos en el intervalo de velocidades Vi-Vf, alcanzando su máximo cuando V=Vc, y valores negativos fuera de él.

-Proceder a la activación de dicha regulación transitoria cuando el valor S del contador alcanza un valor preestablecido Si y a su desactivación cuando el valor S del contador alcanza un valor preestablecido Sf, volviendo en este caso a regularse el par motor demandado por el generador siguiendo la mencionada curva óptima.

En una realización preferente de la presente invención también se tiene 3O en cuenta la aceleración de la torre para establecer el valor Si del contador que determina la activación de la regulación transitoria. Se consigue con ello

minimizar el tiempo en el que la regulación del aerogenerador no se lleva a cabo

siguiendo la curva óptima.

En otra realización preferente de la presente invención la plena activación

de dicha regulación transitoria se lleva a cabo en un tiempo predeterminado T

5 siguiendo curvas transitorias intermedias hasta alcanzar la curva final

correspondiente a dichos valores P1, P2. Se consigue con ello reducir las

cargas asociadas a dicha regulación transitoria eliminando en particular picos

de potencia/par que pueden afectar negativamente a alguno de los

componentes del aerogenerador.

10 Entre las diferencias entre el método objeto de la presente invención y los

métodos conocidos cabe citar que se trata de un método adaptativo en el que,

por un lado, dicha regulación transitoria se activa y desactiva automáticamente

cuando se dan unas condiciones preestablecidas y, por otro lado, que la

activación solo tiene lugar aquellas en circunstancias en las que es realmente

15 necesario. Ello se traduce en una mejora del rendimiento del generador.

Otras características y ventajas de la presente invención se desprenderán

de la descripción detallada que sigue de una realización ilustrativa y no limitativa

de su objeto en relación con las figuras que se acompañan.

2 O BREVE DESCRIPCiÓN DE LAS FIGURAS

La Figura 1 muestra la curva óptima par motor vs. velocidad del

generador utilizada normalmente en el sistema de control de un aerogenerador

de velocidad variable y la curva utilizada en la regulación transitoria... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

- 12 -

1. Método de operación de un aerogenerador de velocidad variable

provisto de un dispositivo de control orientado a la optimización de la potencia,

5 en un intervalo de velocidades (V1-V2) en torno a la velocidad crítica (Vc) en la

que se produce una frecuencia del rotor coincidente con la frecuencia natural de

la torre, en el que, en lugar de regular el par motor demandado por el generador

siguiendo una curva óptima par motor vs. velocidad del generador (11) , se

puede seguir una regulación transitoria utilizando una curva (13) formada por un

10 primer tramo (21) en el que el par motor asciende desde un punto

correspondiente a un valor inicial de velocidad (Vi) hasta alcanzar la curva (31)

de potencia constante (P2) en el punto correspondiente a otro valor de

velocidad (V1) de un segundo tramo (23) en el que el par motor desciende hasta

alcanzar la curva (33) de potencia constante (P1) en el punto correspondiente a

15 otro valor de velocidad (V2) y de un tercer tramo (25) en el que el par motor

asciende hasta alcanzar la curva óptima (11) en el punto correspondiente a otro

valor de velocidad (Vf) , siendo los valores de las potencias respectivamente

superior e inferior en un porcentaje predeterminado (p) que el nivel de potencia

correspondiente a la frecuencia natural de la torre en dicha curva óptima (11) ,

2 O caracterizado porque comprende los siguientes pasos:

a) monitorizar continuamente la velocidad M del generador y activar un

contador asignándole un valor (S) aplicando al tiempo transcurrido desde su

activación un coeficiente de ponderación dependiente de la diferencia existente

entre la velocidad del generador M y la velocidad critica (Vc) , en valor absoluto,

25 que tiene valores positivos en el intervalo de velocidades (Vi-Vf) , entre la

velocidad inicial (Vi) y la velocidad en la cual el par motor alcanza la curva ideal

(Vf) , alcanzando un máximo cuando la velocidad del generador se iguala a la

velocidad critica (V=Vc) , y valores negativos fuera de él;

b) proceder a la activación de dicha regulación transitoria cuando el valor

3 O (S) del contador alcanza un valor preestablecido (Si) y a su desactivación

cuando el valor (S) del contador alcanza otro valor preestablecido (Sf) , volviendo

en este caso al modo de regulación donde el par motor demandado por el generador sigue la mencionada curva óptima (11) .

2. Método de operación de un aerogenerador de velocidad variable según la reivindicación 1, caracterizado porque el paso a) también comprende monitorizar la aceleración (A) de la torre y porque el valor (Si) utilizado en el paso b) se determina mediante una función preestablecida dependiente del valor de aceleración (A) .

1.

3. Método de operación de un aerogenerador de velocidad variable según cualquiera de las reivindicaciones 1-2, caracterizado porque dicho porcentaje (p) está comprendido entre el 3% yeI40%.

4. Método de operación de un aerogenerador de velocidad variable según cualquiera de las reivindicaciones 1-3, caracterizado porque la plena activación de dicha regulación transitoria se lleva a cabo en un tiempo predeterminado (T) siguiendo curvas transitorias intermedias (13', 13", 13") hasta alcanzar la curva final (13) correspondiente a dichos valores (P1, P2) .

2.

5. Método de operación de un aerogenerador de velocidad variable según la reivindicación 4, caracterizado porque dicho tiempo (T) está comprendido entre O y 30 segundos.