Procedimiento para la regulación de una instalación de energía eólica.

Procedimiento para la regulación de una instalación de energía eólica con un rotor que presenta al menosuna pala de rotor dispuesta en un ángulo ajustable con respecto al rotor,

en el cual, en el intervalo de potencia nominal(NB) siguiente al intervalo de carga parcial inferior (UB), hasta alcanzar un valor límite definido, el rotor se hace funcionarcon un número de revoluciones de potencia nominal (ΩN) que se mantiene sustancialmente constante, y al exceder elvalor límite se hace funcionar en un intervalo de carga parcial superior (OB) mediante una reducción del número derevoluciones del rotor (Ω) por debajo del número de revoluciones de potencia nominal (ΩN), y a partir de alcanzar el valorlímite se ajusta el número de revoluciones del rotor (Ω) en función del ángulo de pala de rotor, caracterizado porque elángulo de pala de rotor para el ajuste del número de revoluciones del rotor (Ω) por encima del valor límite se forma comovalor medio temporal y/o local a partir de varios ángulos de pala de rotor.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E09003468.

Solicitante: REpower Systems SE.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: UBERSEERING 10 22297 HAMBURG ALEMANIA.

Inventor/es: SCHUBERT,MATTHIAS.

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.
  • F03D7/04 F03D 7/00 […] › Control automático; Regulación.

PDF original: ES-2445168_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Procedimiento para la regulacion de una instalacion de energia eolica.

La invencion se refiere a un procedimiento para la regulacion de una instalacion de energia eolica segun el preambulo de la reivindicacion 1, asi como a una instalacion de energia eolica segun el preambulo de la reivindicacion 17. Se aplican procedimientos conocidos en instalaciones de energia eolica que presentan un rotor con al menos una pala de rotor, estando dispuesta la pala de rotor en un angulo de pala de rotor ajustable con respecto al rotor. Mediante los procedimientos conocidos, dentro de un intervalo ajustable de velocidad de viento se regula el numero de revoluciones del rotor mediante el reajuste del angulo de la pala de rotor para ajustar una potencia predeterminada. Para mejor comprension, en lo sucesivo se describe la regulacion de una instalacion de energia eolica con la ayuda de la curva caracteristica de potencia o del numero de revoluciones, representada en la figura 1, como funcion de la velocidad del viento. Las curvas caracteristicas habituales de la potencia y del numero de revoluciones como en la actualidad existen realmente en la mayoria de las instalaciones de energia eolica, presentan dos intervalos.

El primer intervalo de la curva caracteristica de potencia o del numero de revoluciones es el intervalo de carga parcial inferior UB. Este comienza a la llamada velocidad del viento de conexion vE y termina a la velocidad nominal del viento vN. La velocidad del viento de conexion es la velocidad del viento, a la que una instalacion de energia eolica comienza a emitir potencia de forma efectiva. A velocidades de viento inferiores a la velocidad de viento de conexion vE, la potencia generada por el rotor cubre tan solo la potencia perdida necesaria del ramal de accionamiento y el consumo propio. En el intervalo inferior de carga parcial, la potencia o el numero de revoluciones aumentan a medida que aumenta la velocidad del viento, hasta alcanzar una velocidad nominal del viento vN. Para ello, el angulo de la pala de rotor se mantiene sustancialmente constante y el numero de revoluciones se regula o se controla a travEs del par que depende del numero de revoluciones. La potencia se ajusta independientemente de la energia eolica absorbida por el rotor en funcion de la velocidad del viento. En el intervalo de carga parcial inferior, la curva caracteristica del numero de revoluciones presenta dos secciones a y b, estando realizada como plataforma la seccion a lo largo del limite inferior del numero de revoluciones Qu. En la segunda seccion b se incrementa linealmente el numero de revoluciones en funcion de la velocidad del viento (funcionamiento con el numero optimo de marcha rapida) hasta alcanzar, con el numero nominal

de revoluciones, el limite superior del numero de revoluciones. El alcance del numero nominal de revoluciones puede producirse a la velocidad nominal del viento, pero normalmente el numero nominal de revoluciones se alcanza ya antes. La velocidad nominal de viento vN es la velocidad del viento, a la que la potencia de la instalacion de energia eolica corresponde por primera vez a la llamada potencia nominal de la instalacion de energia eolica.

El segundo intervalo de la curva caracteristica de potencia o del numero de revoluciones es el llamado intervalo de potencia nominal NB. El intervalo de potencia nominal comienza a la velocidad nominal del viento vN y termina a la velocidad de viento de desconexion vA, siendo regulado el numero de revoluciones del rotor dentro del intervalo de potencia nominal mediante el reajuste del angulo de la pala de rotor para ajustar la potencia nominal. La velocidad de 45 viento de desconexion vA es la velocidad maxima del viento, a la que la instalacion puede hacerse funcionar con emision de potencia. El funcionamiento normal de una instalacion de energia eolica, durante el que la potencia nominal se regula mediante el reajuste de la pala de rotor, no es posible a velocidades de viento superiores a la velocidad de viento de desconexion, ya que, debido a la fuerte carga mecanica que actua adicionalmente, se producirian dafos o incluso la destruccion de la instalacion. Por lo tanto, en la actualidad es el estandar desconectar las instalaciones de energia eolica 50 al alcanzar una velocidad de desconexion. Generalmente, la potencia de instalaciones de energia eolica se suministra a redes publicas. Sin embargo, la desconexion abrupta de instalaciones de energia eolica a velocidades de viento de desconexion puede conducir a caidas de tension o de frecuencia en la red publica, especialmente en regiones con muchas instalaciones de energia eolica. Por

lo tanto, se aspira a que la desconexion de la instalacion no se produzca de forma abrupta, sino por una reduccion lenta de la potencia. Con una reduccion de la potencia, ademas de la compatibilidad con la red, puede lograrse que la instalacion pueda seguir funcionado a pesar de exceder la velocidad de viento de desconexion, sin que la instalacion sufra dafos por las cargas mecanicas que aumentan a medida que se incrementa la velocidad del viento.

Un procedimiento en el que la potencia y el numero de revoluciones de servicio se regula en funcion de la velocidad del viento, a partir de alcanzar una velocidad de viento de desconexion, se conoce, por ejemplo, por el documento 5 EP0847496B1.

En la figura 2 estan representadas, a titulo de ejemplo, una curva caracteristica de la potencia y otra del numero de revoluciones segun dicho procedimiento conocido, que en comparacion con las curvas caracteristicas mencionadas anteriormente presentan adicionalmente un tercer intervalo, el intervalo de carga parcial superior OB. Este comienza al

alcanzar una velocidad limite del viento Vlimite que corresponde sustancialmente a lo que actualmente es la velocidad de velocidad de desconexion.

TambiEn por el documento DE19844258A1 se conoce un procedimiento mediante el cual se reduce la potencia al alcanzar una velocidad predeterminada del viento. Sin embargo, la reduccion de la potencia se inicia ya al alcanzar una velocidad del viento inferior a la velocidad de viento de desconexion.

Los dos procedimientos conocidos por el estado de la tEcnica tienen en comun que la regulacion de la potencia en el intervalo de carga parcial superior se realiza a partir de alcanzar una velocidad limite, predeterminada, del viento en funcion de la creciente velocidad medida del viento. En la practica, sin embargo, resulta extraordinariamente problematico realizar la regulacion de la instalacion en el intervalo de carga parcial superior en funcion de las velocidades medidas del viento.

El funcionamiento de una instalacion de energia eolica en un intervalo de carga parcial superior significa que la instalacion de energia eolica se ve expuesta a elevadas cargas causadas por elevadas velocidades del viento. Esto se 25 debe, entre otras cosas, a que la corriente de aire no es estacionaria, sino turbulenta. Turbulencia significa que la velocidad a la que el viento incide en la superficie del rotor no es igual en cada punto del rotor, sino que la energia eolica esta distribuida de forma distinta por toda la superficie del rotor. Esto quiere decir que en una o varias zonas del rotor pueden atacar fuerzas eolicas extremadamente altas. Al mismo tiempo, en otra zona o en diversas otras zonas del rotor, a su vez, pueden atacar solo fuerzas eolicas muy bajas o ninguna, por lo que en caso de altas turbulencias, la instalacion se ve expuesta a fuertes cargas alternas que pueden dafar la instalacion de forma inmediata o a largo plazo. Las fluctuaciones de energia y, por tanto, tambiEn las cargas alternas son especialmente grandes en caso de altas velocidades de viento.

Por lo tanto, para una regulacion de la potencia o del numero de revoluciones en el intervalo de carga parcial superior es deseable que, ademas de tener en cuenta la fuerza del viento, se tengan en cuenta tambiEn las cargas alternas antes descritas en estos intervalos de velocidad de viento a causa de la turbulencia.

Por consiguiente, para la aplicacion de los procedimientos conocidos es preciso que la velocidad del viento medida, tomada como base para la regulacion, refleje las condiciones de viento que existen realmente. Hasta la fecha, sin embargo, no existe ningun procedimiento orientado a la practica, que permita determinar de forma fiable tal velocidad del viento.

Se conoce la realizacion de la medicion de la velocidad del viento mediante un anemometro de gondola. Sin embargo, por una parte, se trata de un procedimiento de medicion que como es sabido es relativamente impreciso, ya que la 45 medicion es falsificada fuertemente por el rotor de viento. El rango de influencia del rotor se encuentra al menos un diametro de rotor delante y 3 diametros de rotor detras del rotor. Por esta razon, no es posible una... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento para la regulacion de una instalacion de energia eolica con un rotor que presenta al menos una pala de rotor dispuesta en un angulo ajustable con respecto al rotor, en el cual, en el intervalo de potencia nominal 5 (NB) siguiente al intervalo de carga parcial inferior (UB) , hasta alcanzar un valor limite definido, el rotor se hace funcionar con un numero de revoluciones de potencia nominal (QN) que se mantiene sustancialmente constante, y al exceder el valor limite se hace funcionar en un intervalo de carga parcial superior (OB) mediante una reduccion del numero de revoluciones del rotor (Q) por debajo del numero de revoluciones de potencia nominal (QN) , y a partir de alcanzar el valor limite se ajusta el numero de revoluciones del rotor (Q) en funcion del angulo de pala de rotor, caracterizado porque el

angulo de pala de rotor para el ajuste del numero de revoluciones del rotor (Q) por encima del valor limite se forma como valor medio temporal y/o local a partir de varios angulos de pala de rotor.

2. Procedimiento segun la reivindicacion anterior, caracterizado porque el valor limite es un angulo limite definido de la pala del rotor. 15

3. Procedimiento segun la reivindicacion anterior, caracterizado porque el valor medio temporal corresponde a un valor medio de escala movil de 10 seg. a 60seg.

4. Procedimiento segun la reivindicacion anterior, caracterizado porque el valor medio temporal 20 corresponde a un valor medio de 15 seg. de escala movil.

5. Procedimiento segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el angulo de la pala de rotor de la instalacion de energia eolica se regula en funcion de cargas medidas o estimadas de la instalacion.

6. Procedimiento segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque, por encima del valor limite, el numero de revoluciones del rotor (Q) se reduce a medida que aumenta el angulo de la pala de rotor.

7. Procedimiento segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque, por encima del valor

limite, el par del generador (M) dispuesto en la instalacion de energia eolica se ajusta en funcion del numero de 30 revoluciones del rotor (Q) .

8. Procedimiento segun la reivindicacion anterior, caracterizado porque el par del generador (M) se reduce a medida que disminuye el numero de revoluciones del rotor (Q) .

9. Procedimiento segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el par del generador

(M) se regula en funcion del angulo de la pala del rotor.

10. Procedimiento segun la reivindicacion anterior, caracterizado porque el ajuste del par del generador (M)

en el intervalo de carga parcial superior y, opcionalmente, tambiEn en el inferior, se realiza en funcion del numero de 40 revoluciones del rotor (Q) y delangulo de pala.

11. Procedimiento segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizadoporquela emision de potencia de la instalacion de energia eolica por encima del valor limite se ajusta en funcion del numero de revoluciones del rotor (Q) .

12. Procedimiento segun la reivindicacion anterior, caracterizado porque la emision de potencia se reduce a medida que disminuye el numero de revoluciones del rotor (Q) .

13. Procedimiento segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque por encima del valor

limite, los parametros de regulacion se modifican con respecto al funcionamiento normal de la instalacion mediante una adaptacion en funcion del angulo de pala, de tal forma que se mantenga la estabilidad de regulacion en el intervalo de carga parcial superior (OB) .

14. Procedimiento segun la reivindicacion anterior, caracterizado porque un parametro de regulacion es el 55 incremento de pitch.

15. Procedimiento segun la reivindicacion anterior, caracterizado porque, en caso de angulos de pala superiores a 30°, el incremento de pitch es de menos del 20% del incremento nominal y/o en caso de angulos de pala superiores a 40°, es de menos del 16% del incremento nominal.


 

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