Procedimiento y sistema para controlar una turbina eólica.

Una turbina eólica (100), que comprende:

una torre (102) acoplada a una superficie (104);

al menos una pala de rotor (112);

un generador (132); y

un sistema de control (150), comprendiendo el sistema de control:

un sensor (160) configurado para medir un ángulo de inclinación (162) de la torre respecto de unasuperficie (104);

al menos un conjunto de paso (130) configurado para ajustar un ángulo de paso de la paleta derotor; y

un controlador (308) configurado para controlar al menos uno de dicho conjunto de paso y elgenerador sobre la base del ángulo de inclinación medido; caracterizada porque

dicho sistema de control está configurado para calcular una fuerza de empuje transferida a laturbina eólica (100) sobre la base del ángulo de inclinación medido (162) y para comparar la fuerzade empuje calculada con un valor predeterminado, y para ajustar un par del generador (132) si lafuerza de empuje calculada se superior o inferior al valor predeterminado.

Procedimiento y sistema para controlar una turbina eólica La materia objeto que se describe en el presente documento se refiere, en general, a turbinas eólicas y, más particularmente, a un procedimiento y a un sistema para controlar una turbina eólica.

Las turbinas eólicas, por lo general, incluyen un rotor que tiene múltiples palas de rotor que están fijadas a un cubo giratorio. El rotor transforma la energía del viento en un par de rotación que acciona uno o más ejes. A menudo, los ejes están acoplados de manera giratoria a una caja de engranajes que intensifica la velocidad de rotación inherentemente baja del rotor. La caja de engranajes hace girar un eje de alta velocidad que acciona un generador para producir energía eléctrica, que alimentada una red de suministro eléctrico u otro destino.

Al menos algunas turbinas eólicas conocidos están diseñados para funcionar dentro de ciertos límites de par o de energía para minimizar el daño a uno o más componentes de las turbinas eólicas debido a la fuerza del viento. Cuando el viento golpea una pala de turbina eólica, la fuerza del viento genera un par y una fuerza de empuje sobre la pala. El par hace que la pala gire y produzca energía eléctrica. La fuerza de empuje, sin embargo, puede causar daños a la pala y/o a otros componentes de la turbina eólica. Al menos algunas turbinas eólicas conocidas no miden con eficacia la fuerza de empuje inducida a palas de una turbina eólica por la fuerza del viento. Para evitar que la fuerza de empuje llegue a ser excesiva, al menos algunas turbinas eólicas conocidas calculan la fuerza de empuje de la velocidad del viento, y utilizan un sistema de control de bucle abierto que incluye grandes márgenes en parámetros operativos. Estos grandes márgenes pueden reducir la cantidad de par, y por lo tanto de energía, que puede ser generada por la turbina eólica. De este modo, las turbinas eólicas conocidas a menudo ajustan un ángulo de paso de una o más palas de rotor para reducir una cantidad de energía capturada por las palas del rotor cuando las velocidades del viento son superiores a niveles nominales.

Al menos una turbina eólica conocida utiliza un acelerómetro para medir un desplazamiento de la torre y/o góndola de turbina eólica debido a una fuerza del viento que golpea la torre y/o góndola, y para calcular la velocidad del viento. Sin embargo, se pueden utilizar l acelerómetros conocidos para medir el desplazamiento de alta frecuencia, 25 pero los acelerómetros conocidos pueden ser menos precisos para el desplazamiento de baja velocidad y/o baja frecuencia. Por ejemplo, al menos algunas grandes turbinas eólicas pueden oscilar a aproximadamente 0, 35Hz o menos, y un acelerómetro puede no ser suficientemente preciso para medir tal desplazamiento. Por otra parte, al menos una turbina eólica conocida incluye un sistema de control que controla una salida de energía del generador y aumenta el ángulo de paso de las palas de rotor si la velocidad del generador y/o la energía de salida está cerca de los niveles nominales. Sin embargo, tal sistema de control puede hace que la turbina eólica funcione de manera ineficaz.

El documento EP 2 063 110 divulga un procedimiento de amortiguación de vibraciones de energía de un sistema control de turbina eólica y de inclinación.

Diversos aspectos y realizaciones de la presente invención sin embargo, son definidos por las reivindicaciones 35 adjuntas.

Diversos aspectos y realizaciones de la presente invención se describirán ahora en conexión con los dibujos anexos, en los cuales:

La figura 1 es una vista esquemática de una turbina eólica a modo de ejemplo,

La figura 2 es una vista en sección parcial de una góndola a modo de ejemplo que se puede usar con la

turbina eólica mostrada en la figura 1. La figura 3 es un diagrama de flujo de un procedimiento a modo de ejemplo para controlar una turbina eólica apropiado para su uso con la turbina eólica mostrada en la figura 1. La figura 4 es un diagrama de bloques de un bucle de control apropiado para su uso con la turbina eólica mostrada en la figura 1.

Varias de las realizaciones descritas en el presente documento miden un ángulo de paso de una torre de turbina eólica respecto de una superficie. Un sistema de control calcula una o más propiedades de la turbina eólica en función del ángulo de inclinación medido y compara las propiedades de la turbina eólica con una o más propiedades operativas deseadas de la turbina eólica. El sistema de control ajusta un ángulo de paso de una o más palas de rotor de la turbina eólica y/o un par reactivo de generador basado en la comparación. El ajuste del ángulo de paso y/o el

par reactivo de generador aumentan o reducen una cantidad de fuerza que se transfiere a la turbina eólica desde el viento, ajustando de este modo un desplazamiento y/o una carga de una góndola, una torre, y/o un cubo de la turbina eólica.

La figura 1 es una vista esquemática de una turbina eólica 100 a modo de ejemplo. En la realización a modo de ejemplo, la turbina eólica 100 es una turbina eólica de eje horizontal. Alternativamente, la turbina eólica 100 puede 55 ser una turbina eólica de eje vertical. En la realización a modo de ejemplo, la turbina eólica 100 incluye una torre 102 que se extiende desde y está acoplada a una superficie de soporte 104. La torre 102 puede estar acoplada a la superficie 104 con pernos de anclaje o a través de una pieza de montaje de cimentación (no mostrada) , por ejemplo.

Una góndola 106 está acoplada a la torre 102, y un rotor 108 está acoplado a la góndola 106. El rotor 108 incluye un cubo giratorio 110 y una pluralidad de palas de rotor 112 acopladas al cubo 110. En la realización a modo de ejemplo, el rotor 108 incluye tres palas de rotor 112. Alternativamente, el rotor 108 puede tener cualquier número adecuado de palas de rotor 112 que permita que la turbina eólica 100 funcione como se ha descrito en el presente documento. La torre 102 puede tener cualquier altura y/o construcción adecuada que permita que la turbina eólica 100 funcione como se ha descrito en el presente documento.

Las palas del rotor 112 están espaciados alrededor del cubo 110 para facilitar la rotación del rotor 108, transfiriendo de este modo energía cinética del viento a energía mecánica 124 utilizable, y, posteriormente, a energía eléctrica. El rotor 108 y la góndola 106 giran alrededor de la torre 102 sobre un eje de guiñada 116 para controlar la perspectiva 10 de las palas de rotor 112 respecto de la dirección de viento 124. Las palas del rotor 112 están acopladas al cubo 110 acoplando una porción de raíz de pala 120 al cubo 110 en una pluralidad de regiones de transferencia de carga 122. Las regiones de transferencia de carga 122 tienen cada uno una región de transferencia de carga de cubo y una región de transferencia de carga de pala (ambas no mostradas en la Figura 1) . Las cargas inducidas a las palas de rotor 112 se transfieren al cubo 110 a través regiones de transferencia de carga 122. Cada pala de rotor 112 incluye también una porción de punta de la pala 125.

En la realización a modo de ejemplo, las palas de rotor 112 tienen una longitud de entre aproximadamente 30 metros (m) (99 pies (ft) ) y aproximadamente 120 metros (394 pies) . Alternativamente, las palas de rotor 112 pueden tener cualquier longitud adecuada que permita que el generador de turbina eólica funcione como se ha descrito en el presente documento. Cuando el viento 124 entra en contacto con la pala de rotor 112, fuerzas de levantamiento de pala son inducidas a las palas de rotor 112 y la rotación del rotor 108 alrededor de un eje de rotación 114 es inducida a medida que se acelera la porción de punta de lapala 125.

Un ángulo de paso (no mostrado) de las palas de rotor 112, es decir, un ángulo que determina un ángulo de ataque de la pala de rotor 112 respecto de una dirección de viento 124, puede ser cambiado por un conjunto de paso (no mostrado en la Figura 1) . Específicamente, aumentando un ángulo de paso de pala de rotor 112 se disminuye el 25 ángulo de ataque de la pala de rotor 112 y, por el contrario, reduciendo un ángulo de paso de la pala de rotor 112 se aumenta el ángulo de ataque de pala de rotor 112. Los ángulos de paso de las palas de rotor 112 se ajustan alrededor de un eje de paso 118 en cada pala de rotor 112. En la realización a modo de ejemplo, los ángulos de paso de las palas de rotor 112 son controlados individualmente. Alternativamente, los ángulos de paso de las palas del rotor 112 son controlados como un grupo. En una realización, los ángulos de paso de las palas de rotor 112 son controlados como un grupo con, por ejemplo, un par reactivo de un generador (no mostrado... [Seguir leyendo]

1. Una turbina eólica (100) , que comprende:

una torre (102) acoplada a una superficie (104) ;

al menos una pala de rotor (112) ; un generador (132) ; y un sistema de control (150) , comprendiendo el sistema de control:

un sensor (160) configurado para medir un ángulo de inclinación (162) de la torre respecto de una superficie (104) ; al menos un conjunto de paso (130) configurado para ajustar un ángulo de paso de la paleta de rotor; y un controlador (308) configurado para controlar al menos uno de dicho conjunto de paso y el generador sobre la base del ángulo de inclinación medido; caracterizada porque dicho sistema de control está configurado para calcular una fuerza de empuje transferida a la turbina eólica (100) sobre la base del ángulo de inclinación medido (162) y para comparar la fuerza de empuje calculada con un valor predeterminado, y para ajustar un par del generador (132) si la fuerza de empuje calculada se superior o inferior al valor predeterminado.

2.

2. Una turbina eólica según la reivindicación 1, que comprende, además, un filtro (310) acoplado operativamente a dicho sensor (160) , en el que dicho filtro está configurado para recibir una señal que representa el ángulo de inclinación medido (162) de dicho sensor y para filtrar la señal.

3. Una turbina eólica según cualquier reivindicación anterior, en la que dicho sensor (160) está configurado para 25 medir un primer ángulo de inclinación (162) y dicho sistema de control está configurado para ajustar un segundo ángulo de inclinación de la torre (102) sobre la base del primer ángulo de inclinación.

4. Una turbina eólica según cualquier reivindicación anterior, en la que dicho sistema de control está configurado para reducir el ángulo de paso de la pal de rotor (112) si la fuerza de empuje calculada es inferior al valor predeterminado y, configurado para aumentar el ángulo de paso de la pala de rotor (112) si la fuerza de empuje calculada es superior al valor predeterminado.