MÉTODOS Y SISTEMAS DE CONTROL DE AEROGENERADORES EN CONDICIONES DE CLIMA FRIO Y BAJA ALTITUD.
Métodos y sistemas de control de aerogeneradores en condiciones de clima frío y baja altitud.
Los métodos son métodos de operación de aerogeneradores de velocidad variable que tienen medios de control del ángulo de paso de las palas y del par motor, que incluyen pasos adicionales para proporcionar a los medios de control del par motor, en el supuesto de una situación ambiental en la que la densidad del aire ρ es mayor que un valor predeterminado ρref, una velocidad nominal reducida del generador Ωnr, en lugar de la velocidad nominal establecida del generador Ωn, que se determina de forma dinámica en función de al menos la presión del aire Pr, la temperatura T y la velocidad del viento V, para disminuir la carga del aerogenerador. Los sistemas de control están dispuestos para llevar a cabo esa regulación.
Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201100577.
Solicitante: GAMESA INNOVATION & TECHNOLOGY, S.L.
Nacionalidad solicitante: España.
Inventor/es: ROMERO-SANZ,IGNACIO, LOPEZ RUBIO,JOSE MARIA, GUERRERO CARRION,Jesus Javier, MOLERA LLORENTE,Borja, PALOU LARRAÑAGA,Felipe, NOVA RAMOS,Jose Raúl.
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.
Fragmento de la descripción:
METODOS Y SISTEMAS DE CONTROL DE AEROGENERADORES EN
CONDICIONES DE CLIMA FRIO Y BAJA ALTITUD
CAMPO DE LA INVENCION
5
La invención se refiere a métodos y sistemas de control de
aerogeneradores y en particular a métodos y sistemas de control de
aerogeneradores en emplazamientos a baja altitud y en condiciones de clima
frío.
10
ANTECEDENTES
Como los sistemas de control de aerogeneradores están inicialmente
diseñados para condiciones ambientales estandarizadas pueden ser mejorados
15 para hacer frente a condiciones no estándar relacionadas, por ejemplo, con la
velocidad del viento y la intensidad de la turbulencia en conexión con una
variedad de objetivos tales como aumentar la producción de energía o evitar
cargas excesivas.
Se sabe al respecto que hay que tener en cuenta otras variables
2 o meteorológicas en la operación de los aerogeneradores tales como la presión
del aire o la temperatura del aire como se describe, por ejemplo, en US
2010/00320761 yus 2009/0295160.
Sin embargo no se conocen sistemas de control de aerogeneradores
dirigidos específicamente a emplazamientos que combinen baja temperatura y
2 5 baja altura que son susceptibles de tener una mayor densidad del aire de la
habitual y donde, por tanto, cabe esperar un cierto aumento en la carga del
aerogenerador.
Como hay un gran número de aerogeneradores instalados en este tipo
de emplazamientos y un gran número de emplazamientos potenciales de ese
30 tipo para aerogeneradores es deseable disponer de métodos y sistemas de
control de aerogeneradores que soluciones los problemas de cargas planteados
en ellos porque, por un lado, los métodos y sistemas conocidos para controlar
las cargas del aerogenerador no están generalmente bien adaptados a dicho
tipo de emplazamientos y, por otra parte, no son fácilmente aplicables a
aerogeneradores ya instalados sin dispositivos de medición de la carga.
La presente invención está dirigida tanto a la atención de dicha
5 demanda.
SUMARIO DE LA INVENCIÓN
Es un objeto de la presente invención proporcionar métodos y sistemas
1 o de control de aerogeneradores adaptados a las necesidades de los
emplazamientos de aerogeneradores que combinan baja temperatura con baja
altura.
En un aspecto este y otros objetos se consiguen con un método para la
operación de un aerogenerador de velocidad variable que tiene medios de
15 control del ángulo de paso de las palas y del par motor, que incluye pasos
adicionales para proporcionar a los medios de control del par motor, en el
supuesto de una situación ambiental en la que la densidad del aire p es mayor
que un valor predeterminado Pref. una velocidad nominal reducida del generador
Dnn en lugar de la velocidad nominal establecida del generador fln, que se
2 o determina de forma dinámica en función de al menos la presión del aire Pr, la
temperatura T y la velocidad del viento V, para disminuir la carga del
aerogenerador.
En realizaciones de la presente invención, la determinación de dicha
velocidad nominal reducida del generador Dnr comprende pasos de: calcular
2 5 dinámicamente la densidad del aire p; obtener un parámetro de reducción P
dependiente del valor de la densidad del aire p; obtener un factor de reducción
F en función de dicho parámetro de reducción P y de la velocidad del viento V;
aplicar dicho factor de reducción Fa la velocidad nominal del generador fln. Por
tanto, la velocidad nominal reducida del generador Dnr se hace dependiente de
3º
la densidad del aire p y de la velocidad del viento V de manera que tenga encuenta su influencia combinada en la carga del aerogenerador.
En realizaciones de la presente invención la velocidad del viento V se
mide en el aerogenerador y la temperatura T y la presión del aire Pr pueden ser
medidas en el aerogenerador y/o fuera del aerogenerador (por ejemplo en el
parque eólico al que pertenece el aerogenerador) . Como la presión del aire Pr
5 depende únicamente de la altura su valor puede también estar almacenado
como un dato en los medios de almacenamiento del sistema de control del
aerogenerador. Teniendo disponible más de una fuente para los valores de la
temperatura T y la presión del aire Pr se previenen fallos en cualquiera de ellas.
Por lo tanto la implementación de la regulación adicional según la presente
1º invención se realiza usando señales disponibles fácilmente en el aerogenerador
lo que permite una implementación sencilla y robusta de dicha regulación
adicional.
En realizaciones de la presente invención dicho valor predeterminado Pref
es 1.225 kg/m3 . La regulación adicional según la invención se implementa por lo
15 tanto cuando la densidad del aire alcanza un valor que sobrecarga una
proporción significativa de modelos de aerogenerador.
En las realizaciones de la presente invención, la velocidad nominal
reducida del generador ilnr está comprendida entre el 70-99.9% de la velocidad
nominal establecida del generador iln. La regulación adicional de acuerdo con la
2 o invención proporciona por lo tanto la reducción de la carga necesaria en las
condiciones ambientales antes mencionadas con una reducción razonable de la
velocidad nominal del generador.
En otro aspecto, los objetos mencionados anteriormente se consiguen
con un sistema de control de un aerogenerador conectado a dispositivos de
2 5 medida de al menos la velocidad del generador Q, el ángulo de paso de las
palas e, la temperatura T y la velocidad del viento V 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 según una curva Potencia vs. Velocidad del generador con una
3º velocidad nominal del generador iln; estando dispuesto también el sistema de
control para llevar a cabo una regulación adicional cuando la densidad del aire pes mayor que un valor predeterminado Pref según una curva Potencia vs.
Velocidad del generador con un velocidad nominal reducida del generador .Onr,
que está determinada dinámicamente como una función de al menos la presión
del aire Pr, la temperatura T y la velocidad del viento V, para disminuir la carga
5 del aerogenerador.
En realizaciones de la presente invención, la disposición para llevar a
cabo dicha regulación adicional comprende un módulo para obtener dicha
velocidad nominal reducida del generador .Onr, comprendiendo el módulo: un
primer sub-módulo para calcular dinámicamente la densidad del aire p como
1 o una función de la presión del aire Pr y de la temperatura T; y un segundo sub
módulo para obtener la velocidad nominal reducida del generador .Onr aplicando
un factor de reducción F a la velocidad nominal del generador .On, calculándose
dicho factor de reducción F en función de un parámetro de reducción P,
dependiente del valor de la densidad del aire p, y de la velocidad del viento V.
15 Por lo tanto la regulación adicional puede ser implementada fácilmente en el
sistema de control del aerogenerador.
En realizaciones de la presente invención, el sistema de control del
aerogenerador también está conectado a un dispositivo de medición de la
presión del aire Pr. Por otra parte los dispositivos de medición de la presión del
2 o aire Pr y la temperatura T pueden estar situados en el aerogenerador o fuera de
él (por ejemplo en el parque eólico al que pertenece el aerogenerador) . Por lo
tanto el sistema de control del aerogenerador tiene medios redundantes para
proporcionar los datos de entrada a la regulación adicional.
Un aerogenerador comprendiendo el sistema de control mencionado
2 5 también está cubierto por el alcance de la presente invención.
Otras características y ventajas de la presente invención se desprenderán
de la siguiente descripción detallada en relación con las figuras que se
acompañan.
3 o
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURASLa Figura 1 es una vista esquemática en alzado de un aerogenerador.
La Figura 2 muestra una curva Potencia vs. Velocidad del generador
conocida en la técnica que se usa para controlar un aerogenerador de velocidad
variable.
5
La Figura 3 muestra una típica de curva de potencia de un aerogenerador.
La Figura 4 muestra conjuntamente la curva Potencia vs. Velocidad del
generador conocida en la técnica de la Figura 2 y la curva Potencia vs. Velocidad
del generador que se usa en la regulación adicional según la presente...
Reivindicaciones:
5 1º 1. Un método para la operación de un aerogenerador de velocidad variable que tiene medios de control del ángulo de paso de las palas y del par motor, caracterizado porque incluye pasos adicionales para proporcionar a los medios de control del par motor, en el supuesto de una situación ambiental en la que la densidad del aire p es mayor que un valor predeterminado Pref, una velocidad nominal reducida del generador t2nn en lugar de la velocidad nominal establecida del generador t2n, que se determina de forma dinámica en función de al menos la presión del aire Pr, la temperatura T y la velocidad del viento V, para disminuir la carga del aerogenerador.
15 2º 2. Un método según la reivindicación 1, en el que la determinación de dicha velocidad nominal reducida del generador t2nr comprende pasos de: -calcular dinámicamente la densidad del aire p; -obtener un parámetro de reducción P dependiente del valor de la densidad del aire p; -obtener un factor de reducción F en función de dicho parámetro de reducción P y de la velocidad del viento V; -aplicar dicho factor de reducción Fa la velocidad nominal del generador .Qn·
25 3. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 1-2, en el que los valores de la presión del aire Pr y la temperatura T se obtienen de una o más fuentes.
4. Un método según la reivindicación 3, en el que la presión del aire Pr se obtiene a partir de la altitud del buje del aerogenerador.
5. Un método según la reivindicación 3, en el que los valores de la presión del aire Pr y la temperatura T se obtienen mediante dispositivos de medida situados en el aerogenerador y/o fuera del aerogenerador.
5 6. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 3-5, en el que, cuando los valores de la presión del aire Pr y la temperatura T se obtienen de más de una fuente, incluye pasos adicionales para elegir el valor obtenido de la fuente predeterminada a menos que se detecte en ella un fallo.
10 7. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 1-6, dicho valor predeterminado Pret es 1.225 kg/m3 . en el que
15 8. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 1-7, en el que la velocidad nominal reducida del generador t2nr está comprendida entre el 7099.9% de la velocidad nominal establecida del generador t2n.
2 o 2 5
9. Un sistema de control de un aerogenerador conectado a dispositivos de medida de al menos la velocidad del generador Q, el ángulo de paso de las palas B, la temperatura T y la velocidad del viento V 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 según una curva Potencia vs. Velocidad del generador (21) con una velocidad nominal del generador t2n; estando dispuesto también el sistema de control para llevar a cabo una regulación adicional cuando la densidad del aire p es mayor que un valor predeterminado Pret según una curva Potencia vs. Velocidad del generador (31) con un velocidad nominal reducida del generador t2nr, que está determinada dinámicamente como una función de al menos la presión del aire Pr, la temperatura T y la velocidad del viento V, para disminuir la carga del aerogenerador.5 1º 10. Un sistema de control de un aerogenerador según la reivindicación 9, en el que la disposición para llevar a cabo dicha regulación adicional comprende un módulo (41) para obtener dicha velocidad nominal reducida del generador .Onr, comprendiendo el módulo (41 ) : -un primer sub-módulo (43) para calcular dinámicamente la densidad del aire p como una función de la presión del aire Pr y de la temperatura T; -un segundo sub-módulo (45, 47, 49) para obtener la velocidad nominal reducida del generador .Onr aplicando un factor de reducción F a la velocidad nominal del generador .On, calculándose dicho factor de reducción F en función de un parámetro de reducción P, dependiente del valor de la densidad del aire p, y de la velocidad del viento V.
15 11. Un sistema de control de un aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones 9-10, en el que el sistema de control del aerogenerador también está conectado a un dispositivo de medición de la presión del aire Pr.
2 o 12. Un sistema de control de un aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones 9-11, en el que los dispositivos de medición de la presión del aire Pr y la temperatura T están situados en el aerogenerador y/o en un parque eólico si el aerogenerador pertenece a un parque eólico.
13. Un sistema de control de un aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones 9-12, en el que dicho valor predeterminado Pref es 1.225 kg/m3 .
25 14. Un sistema de control de un aerogenerador según cualquiera de las reivindicaciones 9-13, en el que la velocidad nominal reducida del generador .Onr está comprendida entre e.
7. 99.9% de la velocidad nominal establecida del generador .On. -
3º
15.Aerogenerador comprendiendo cualquiera de las reivindicaciones 9-14. un sistema de control según
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